Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố thanh hóa lộ 472 của trạm biến áp 110kv núi một (e9 1)

Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống điện sau khi bị hỏng sẽ được phục hồi đưa trở lại làm việc, do đó các trạng thái hỏng hóc của hệ thống cũng được phục hồi sa

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

-

TRỊNH THANH HẢI

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ THANH HÓA - LỘ 472 CỦA

TRẠM BIẾN ÁP 110KV NÚI MỘT (E9.1)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2019

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

-

TRỊNH THANH HẢI

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ THANH HÓA - LỘ 472 CỦA

TRẠM BIẾN ÁP 110KV NÚI MỘT (E9.1)

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ VIỆT TIẾN

Hà Nội – 2019

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 3

1.1 Các định nghĩa và khái niệm 3

1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử 3

1.1.2 Độ tin cậy của hệ thống điện 3

1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện 4

1.1.4 Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện 7

1.1.4.1 Trạng thái của phần tử 7

1.1.4.2 Trạng thái của hệ thống điện 7

1.1.5 Độ tin cậy của các phần từ 9

1.1.5.1 Phần tử không phục hồi 9

1.1.5.2 Mô hình cường độ hỏng hóc ( )t 12

1.1.5.3 Phần tử phục hồi 13

1.2 Yêu cầu đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thiết kế lưới điện 18 1.2.1 Các nguyên nhân gây mất điện 18

1.2.2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế và cấu trúc lưới điện 19

1.2.3 Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh tế 22

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

1.2.5 Phân loại bài toán độ tin cậy 26

1.3 Tổng quan về tính toán độ tin cậy cho lưới phân phối 28

1.4 Tình hình nghiên cứu độ tin cậy lưới phân phối tại Việt Nam 30

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 32

2.1 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia không phân đoạn 32

2.2 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia có phân đoạn 33

2.3 Xây dựng chương trình đánh giá độ tin cậy trên máy tính 35

2.3.1 Cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn 35

2.3.2 Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy của các đoạn lưới 38

h nh lưới mẫu 38

2.3.2.2 Xây dựng ma trận cấu trúc lưới 40

2.3.3.3 Thuật toán giao diện 42

2.3.3.4 Thuật toán tính toán độ tin cậy 43

2.4 Giới thiệu chương trình tính toán độ tin cậy lưới phân phối 43

2.4.1 Giao diện chương tr nh 44

2.4.2 Nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới 44

2.4.3 Nhập thông số tính toán 45

2.4.4 Nhập thông số phụ tải 45

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI PHÂN PHỔI LỘ 472 E9.1 THÀNH PHỐ THANH HÓA 46

3.1 Bài toán quy hoạch phát triển lưới điện lộ 472 E3.1 46

3.1.1 Phương án 52

Phương án 54

Phương án 56

4 Phương án 4 59

3.2 Tính toán định lượng các chỉ tiêu độ tin cậy 61

Phương án 61

Phương án 62

Phương án 63

4 Phương án 4 64

3.3 Nhận xét đánh giá kết quả tính toán 65

KẾT LUẬN CHUNG 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 1: CODE GIAO DIỆN 70

PHỤ LỤC 2: CODE TÍNH TOÁN 72

PHỤ LỤC 3: SỐ LIỆU PHỤ TẢI 76

PHỤ LỤC 4: SỐ LIỆU NHÁNH 78

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Lê Việt Tiến Các nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Tác giả luận văn

Trịnh Thanh Hải

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Số liệu các nút và nhánh của sơ đồ cấu trúc ngược 49

Bảng 3.2 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 1 61

Bảng 3.3 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 2 62

Bảng 3.4 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 3 63

Bảng 3.5 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 4 64

Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả tính toán độ tin cậy các phương án 65

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện 8

Hình 1.2 Hàm phân bố R(t) và FT(t) 10

Hình 1.3 Mô hình cường độ hỏng hóc  t 13

Hình 1.4 Chuyển trạng thái của phần tử 15

Hình 1.5 Mô hình bảo dưỡng định kỳ 17

Hình 1.6 Độ tin cậy trong bài toán kinh tế 23

Hình 1.7 Phân loại bài toán độ tin cậy 26

Hình 2.1 Lưới phân phối hình tia 32

Hình 2.2 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược 37

Hình 2.4 Thuật toán tính ma trận đường nối 41

Hình 2.5 ơ đồ thuật toán giao diện 42

Hình 2.6 ơ đồ khối chương trình tính toán độ tin cậy 43

Hình 2.7 Giao diện của chương trình tính toán độ tin cậy 44

Hình 2.8 iao diện nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới 44

Hình 2.9 iao diện nhập thông số tính toán 45

Hình 2.10 iao diện nhập thông số phụ tải 45

Hình 3.1 ơ đồ một sợi xuất tuyến 22kV 472 E9.1 Thành phố Thanh Hóa 48

Hình 3.2: ơ đồ đẳng trị phương án 1 52

Hình 3.3 ơ đồ đánh số cấu trúc ngược xuất tuyến 22kV 472 E9.1 53

Hình 3.4: ơ đồ đẳng trị phương án 2 54

Hình 3.5 ơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 2 55

Hình 3.7 ơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 3 58

Hình 3.8: ơ đồ đẳng trị phương án 4 59

Hình 3.9 ơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 4 60

Hình 3.10 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 2 62

Hình 3.11 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 3 63

Hình 3.12 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 4 65

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Lưới điện phân phối: là từ các trạm trung gian địa phương đến các trạm phụ tải (trạm phân phối) Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 35kV, cấp điện cho các trạm biến áp phân phối trung 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 các thay đổi của lưới điện phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ

Ngày nay sự phát triển của phụ tải không ngừng theo thời gian và ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng năng lượng và độ tin cậy cung cấp điện Do đó, từ khâu thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện cần phải đặc biệt quan tâm triệt để, đảm bảo độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện hợp lý

Luận văn tập trung tìm hiểu các yêu cầu và phương pháp tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối, đưa ra các biện pháp nâng cao độ tin cậy và sử dụng kết quả tìm hiểu áp dụng tính toán cụ thể tiêu chuẩn độ tin cậy cho một số phương án vận hành của lưới điện phân phối lộ thực tế tại Việt Nam

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

Đề tài dự kiến tìm hiểu các tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy, các phương pháp tính toán độ tin cậy cho lưới phân phối, phương pháp xử lý số liệu thực tế, xây dựng chương trình tính toán trên số liệu đã xử lý để đánh giá độ tin cậy của các phương

án vận hành lưới phân phối, từ đó so sánh một số biện pháp nâng cao độ tin cậy và

áp dụng tính toán cho lưới phân phối thực tế tại Việt Nam

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hệ thống lý thuyết độ tin cậy cung cấp điện, nghiên cứu phương pháp đánh giá

độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối

Nghiên cứu, khai thác phần mềm Matlab để xây dựng chương trình tính toán đánh giá độ tin cậy cung cấp điện

Các kết quả nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng đối với việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối của Việt Nam nói chung và lộ 472 E9.1 Thành phố Thanh Hóa

Nội dung nghiên cứu

Trên cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối và các chỉ tiêu độ tin cậy lưới phân phối, xây dựng thuật toán đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối

và áp dụng tính toán định lượng độ tin cậy cho lưới điện phân phối lộ 472 E9.1 Thành phố Thanh Hóa

Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn có các chương như sau:

Chương 1 Cơ sở lý thuyết đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện

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

Chương 3 Áp dụng tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối lộ 472 E9.1 Thành phố Thanh Hóa

Chương 4 Kết luận chung

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ

THỐNG ĐIỆN 1.1 Các định nghĩa và khái niệm

1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử

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

Phần tử là những bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất định được xem như một tổng thể duy nhất không thể chia cắt được, đặc trưng bởi các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài như môi trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử

Hệ thống điện là một hệ thống các phần tử bao gồm các máy phát điện, các trạm biến áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải nối với nhau thành một hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý Hệ thống điện phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất

Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống điện sau khi bị

hỏng sẽ được phục hồi đưa trở lại làm việc, do đó các trạng thái hỏng hóc của hệ thống cũng được phục hồi sau thời gian nhất định

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

Đa số các phần tử hệ thống điện là phần tử phục hồi

1 Độ tin cậy của hệ thống điện

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 [1] Mức đo độ tin cậy 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)

Xác suất là đại lượng thống kê, do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê

từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống (hay phần tử) Đấy là đối với

hệ thống (hai phần tử) không phản hồi

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 vói 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

1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện

Một số chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện theo tiêu chuẩn IEEE 1366 [5]:

- SAIFI (System average interruption frequency index) là số lần mất điện trung bình của hệ thống Chỉ số SAIFI cho biết số lần mất điện trung bình trong một năm trên mỗi phụ tải trong một khu vực

i T

nSAIFI

N



Trong đó: n là số lần mất điện của phụ tải thứ i, i N là tổng số phụ tải T

- SAIDI (System average interruption duaration index) là thời gian mất điện trung bình của hệ thống

i i T

r nSAIDI

N



Trong đó: r là thời gian mỗi lần mất điện i

- CAIFI (Customer average interruption frequency index) là số lần mất điện trung bình của khách hàng Chỉ số CAIFI cho biết số lần mất điện trung bình trong một

năm trên mỗi khách hàng bị mất điện

inCAIFI

CN



 (số lần mất điện/khách hàng.năm) (1.3) Trong đó: CN là số khách hàng mất điện

- CAIDI (Customer average interruption duaration index) là thời gian mất điện trung bình của khách hàng Chỉ số CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình trong một năm của mỗi lần mất điện

i i i

r N SAIDICAIDI

- A AI (Average service availability index) là độ sẵn sàng cấp điện trung bình của

hệ thống Chỉ tiêu này cho biết thời gian mất điện trung bình mà khách hàng được cấp điện trong một năm

i i

r NCTAIDI

(k n) n

T

CNCEMI

N



- ASIFI (Average system interruption frequency index) là chỉ tiêu tần suất mất

điện duy trì của hệ thống ASIFI bằng tổng công suất kết nối của phụ tải bị mất

điện trên tổng công suất tải nối vào hệ thống

i T

LASIFI =

L



Trong đó Li: là công suất phụ tải mất điện, LT là tổng công suất phụ tải

- ASIDI (Average system interruption duration index) là chỉ tiêu thời gian mất

điện duy trì của hệ thống ASIDI bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải được

kết nối trên tổng công suất tải nối vào hệ thống

i i T

r LASIDI =

L



- MAIFI (Momentary average interruption frequency index) là chỉ tiêu tần suất

mất điện thoáng qua của hệ thống MAIFI bằng tổng số khách hàng mất điện

thoáng qua trên tổng số khách hàng được phục vụ

i mi T

IM NMAIFI =

- CEMSMI (Customer experiencing multipe sustained interruption and n

momentary in events) là tỷ số giữa số lượng khách hàng bị mất điện duy trì và

mất điện thoáng qua lớn hơn quy định n cho tổng số khách hàng được phục vụ

k nn

T

CNTCEMSMI =

N



(1.11)

- AENS (Average energy not supplied index) là chỉ tiêu điện năng trung bình

không được cung cấp AENS bằng tổng điện năng không được cung cấp trên

tổng khách hàng

a(i) i i

L uAENS=

năm

- ACCI (Average customer curtailment index) là chỉ số mất điện khách hàng trung bình Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng bị ảnh hưởng trong một năm

a(i) i

LACCI=

Đặc trưng của trạng thái là: thời gian trạng thái, xác suất trạng thái và tần suất trạng thái

Tất cả các trạng thái có thể xảy ra của một phần tử tạo thành tập đủ các trạng thái của phần tử

Việc phần từ ở trạng thái nào trong tập đủ các trạng thái là đại lượng ngẫu nhiên được đo bởi xác suất phần tử ở trạng thái đó hay gọi tắt là xác suất trạng thái

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

Phần tử bao giờ cũng ở một trong những trạng thái của tập đủ các trạng thái

Các trạng thái có xác suất nhỏ có thể bỏ qua trong các bài toán khác nhau

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

1.1.4.2 Trạng thái của hệ thống điện

Trạng thái của hệ thống điện là tổ hợp các trạng thái của tất cả các phần tử tạo thành nó Nói cách khác, mỗi trạng thái của hệ thống điện là sự xảy ra đồng thời các trạng thái nào đó của các phần tử Do đó xác suất trạng thái của hệ thống điện chính

là tích của các xác suất trạng thái của các phần tử nếu giả thiết rằng các phần tử của

hệ thống điện độc lập với nhau Đối với hệ thống điện giả thiết này là đúng với hầu hết các phần tử và do đó được áp dụng trong hầu hết các bài toán độ tin cậy Các

trạng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn hỏng hóc hệ thống điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy, phụ thuộc vào mục đích của bài toán cụ thể

Hình 1.1 Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện

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

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

- Thời gian trung bình hệ thống ở trạng thái đó, gọi là thời gian trạng thái T ; i

- Tần suất trạng thái f , là số lần hệ thống rơi vào trạng thái i trong một đơn i

vị thời gian;

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

Các trạng thái của hệ thống điện được chia làm hai tập: Tập trạng thái tốt trong

đó hệ thống điện làm việc tốt; Tập trạng thái hỏng trong đó hệ thống điện bị hỏng theo tiêu chuẩn đã chọn

Trên hình 1.1 thể hiện mối quan hệ giữa trạng thái hỏng của hai phần tử chính của hệ thống điện là máy phát và đường dây (bao gồm cả máy biến áp) với các trạng thái hỏng của hệ thống điện ơ đồ trên hình 1.1 cho các trạng thái hỏng của

hệ thống điện, tức là các trạng thái không hoàn thành nhiệm vụ gồm: Phụ tải bị mất điện; hệ thống điện bị sụp đổ, mất điện một phần hoặc toàn hệ thống

Các nguyên nhân trực tiếp khiến phụ tải mất điện gồm: Thiếu công suất phát; Nút tải bị cô lập do sự cố đường dây cấp điện trực tiếp; Đường dây bị quá tải hoặc điện áp nút không đạt yêu cầu; Hệ thống điện bị phân rã

Trạng thái hỏng của máy phát và đường dây có gây ra các trạng thái hỏng của

hệ thống điện hay không còn tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống điện: độ dư thừa công suất phát, độ dư thừa khả năng tải của lưới điện Và chính sơ đồ quan hệ trạng thái này cho thấy cần phải tác động thế nào để tăng độ tin cậy của hệ thống điện Ví dụ

để tránh nguy cơ thiếu công suất phát do hỏng máy phát thì phải có dự trữ công suất phát

1.1.5 Độ tin cậy của các phần từ

Độ tin cậy của các phần tử là yếu tố quyết định độ tin cậy của hệ thống Các khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống Do đó nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết

P(Tt)là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 cho đến thời điểm bất

kỳ t; t là biến số Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trước hoặc đúng thời điểm t Hàm mật độ là F (t) : T

P(T > t) là xác suất để thời gian phục vụ lớn hơn t, cũng tức là hỏng hóc xảy ra

ở sau thời điểm t

để phần tử đã phục vụ đến thời điểm t sẽ hỏng trong khoảng  t tiếp theo

P t   T t t / Tt là xác suất có điều kiện của hai sự kiện:

- Phần tử hỏng trong khoảng (t, t +  t) (sự kiện A);

- Làm việc tốt đến t (sự kiện B)

Theo công thức về xác suất của sự kiện giao giữa hai sự kiện A và B, ta có:

P(A / B) 1 và P(A B)P(A)

Suy ra:   d

t ln(R(t))dt

Hay là:    

t 0

t dte

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện:

 t

    hằng số

do đó: R(t)et; F (t)T  1 et; fT  et (1.28) Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm viêc trung bình TLV

T LV

dR t

dtT

II- Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử:  t  hằng số

III- Thời kỳ già cỗi    t tăng dần

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phân tử này có các bộ phận luôn bị già hóa, do đó  t luôn là hàm tăng, bởi vậy, người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ để phục hồi độ tin cậy của phân tử Sau khi bảo dưỡng định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở lại giá trị ban đầu Bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb

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

Thời điểm bảo dưỡng t

λ(t)

λtb λ(t)

0

t II

0

b) a)

Hình 1.3 Mô hình cường độ hỏng hóc  t

1.1.5.3 Phần tử phục hồi

a) Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi  0

Giả thiết rằng sửa chữa như mới Trong thực tế, đây là các trường hợp phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví dụ như máy biến áp) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tư này là:

 (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t) (1.31)

So với định nghĩa  t , ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc

tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần ở thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng hóc nó được phục hồi tức thời

Tương tự như  t , đại lượng (t).∆t là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong khoảng (t, t + t )

Dưới đây thiết lập công thức tính (t) :

Ta xét khoảng thời gian từ 0 đến t, trong đó phần tử có thể hòng 1 lần, 2 lần… đến k lần Đặt f (t)1 f (t)T là mật độ xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng đầu tiên: f (t)1 f (t)T

f2(t) là phân bố xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng thứ 2… và fk(t) là phân bố xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng thứ k

Để tính f2(t), ta giả thiết lần hỏng đầu tiên xảy ra ở  t, như vậy thời gian làm việc từ lần hỏng thứ 1 đến lần hỏng thứ 2 là t 

Xác suất để lần hỏng thứ 2 xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t) là:

Vậy với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc của phần tử:  t = Do

đó mà cưòng độ hỏng hóc và thông số của dòng hỏng hóc thường hiểu là một, trừ các trường hợp riêng khi thời gian làm việc không tuân theo luật mũ thì phải phân biệt

b) Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi 

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: trạng thái làm việc và trạng thái hỏng

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV, phần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng phải sửa chữa Sau thời gian sửa chữa xong , phần tử trở lại trạng thái làm việc

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như mới

Ở đây cần hai hàm phân bố xác suất: hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái làm việc FLV(t) và hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái hỏng F (t) Đó là sự Hkhác nhau căn bản giữa phần từ không phục hồi và phần tử phục hồi (đối với phần

tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian là đủ) Để đánh giá về lượng

độ tin cậy của phần tử phục hồi cũng cần có hai đại lượng thay vì một đối với phần

tử không phục hồi

Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc (trạng thái tốt) ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần tử có thể ở một trong hai trạng thái: làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng thái làm việc PLV(t)

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

- Thông số dòng hỏng hóc  t

- Cường độ chuyển trạng thái từ làm việc sang trạng thái hỏng qLV H (t):

- Thời gian làm việc trung bình TLV

- Thời gian hỏng trung bình 

- Thời gian trung bình của một chu kỳ làm việc - hỏng bằng:

Đối với phần tử phục hồi thường thống kế được:

- Số lần hỏng  trong một đơn vị thời gian, từ đó : TLV  1

 (1.39)

- Thời gian sửa chữa sự cố trung bình , từ đó :  1

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

Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện vì nó làm giảm cường độ hỏng hóc, tăng thời gian làm việc trung bình của phần tử mà chi phí lại ít hơn nhiều so với sửa chữa

 - cường độ xảy ra bảo dưỡng định kỳ;

ĐK

 - cường độ bảo dưỡng định kỳ;

Phần tử có ba trạng thái: bình thường, tức là trạng thái tốt hay trạng thái làm việc T; trạng thái bảo dưỡng định kỳ ĐK và trạng thái phục hồi sự cố (hỏng) H

Ở đây ta chú ý rằng, khi phần tử đang bảo dưỡng định kỳ thì không thể xảy ra hỏng, còn bảo dưỡng định kỳ không thể bắt đầu khi phần tử ở trạng thái hỏng

Ở chế độ xác lập (chế độ dừng t  ), ta có:

ĐK ĐK

T

.P

.P

ĐK ĐK

Ta nhận thấy độ không sẵn sàng A đúng cho cả trường hợp này:

Tương tự với P , H PĐKhay QĐK là:

ĐK ĐK

1.2 Yêu cầu đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thiết kế lưới điện

1.2.1 Các nguyên nhân gây mất điện

Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm nhiều phần tử, các phần từ liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp; hệ thống điện thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho khách hàng cho từng vùng hoặc toàn hệ thống Nguyên nhân gấy mất điện có rất nhiều, người ta phân ra thành bốn nhóm nguyên nhân chính như sau:

- Do thời tiết: lũ lụt, mưa bão, lốc xoáy, giông sét, sóng thần

- Do hư hỏng các thành phần của hệ thống điện như:

Phần điện và phần máy: Hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu; Hỏng phần động lực (phát động); Hỏng máy biến áp; Hỏng thiết bị đóng cắt; Hỏng phần dẫn điện; Hỏng chất cách điện của: đường dây tải điện, trạm biến áp, chống sét van, hỏng cáp điện lực; Hỏng thiết bị điều khiển điện áp: thiết bị điều chỉnh điện áp của các máy phát điện, thiết bị điều khiển tụ bù

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

- Do hoạt động của hệ thống như: Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định

của hệ thống; Điện áp cao/thấp; Tần số cao/thấp; Quá tải đường dây, máy biến áp; Tải không cân bằng; Do nhân viên vận hành; Do nhân viên điều

độ hệ thống điện; Do nhân viên vận hành nhà máy điện; Do nhân viên vận hành lưới điện; Lỗi do bảo trì

- Các nguyên nhân khác: Động vật: chim, chuột, rắn; Phương tiện vận tải: ôtô cầu trục; Đào đất; Hỏa hoạn, chất nổ; Phá hoại, khủng bố; Cây cối Theo thống kê khoảng 50% sự cố được khôi phục trong khoảng thời gian 60 phút 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, mưa, 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 bão, lũ lụt Trong trường họp đó sự phục hồi cấp điện bị ngăn cản bởi những nguy hiểm, và hầu hết các đơn vị điện lực không có đủ 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 nhât của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện, bằng cách kịp thời sửa chữa thiết bị hư hỏng

Việc phối hợp giữa lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa với phân tích độ tin cậy

có thể rất hiệu quả Việc phân tích sự cố giúp xác định rõ những điểm yếu nhất của

hệ thống phân phối và giải quyết nhanh và chính xác các điểm đó ự phân tích được thực hiện chỉ ở những khúc quan trọng của hệ thống Những thông tin kết quả được sử dụng trong quyết định xây dựng hệ thống tới mức an toàn nào đó hoặc chấp nhận rủi ro mất điện

1.2.2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế và cấu trúc lưới điện

Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân Việc mất điện

sẽ gây ra các hậu quả xã hội, kinh tế rất lớn

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

Ví dụ về giá tiền 1 kWh điện năng mất:

- Ở Australia sử dụng bảng giá mất điện ($/kWh) như sau (theo tiền Australia):

Phụ tải dân dụng: 0,5 cho ngừng điện kế hoạch; 1,5 cho ngừng điện sự cố Phụ tải doanh nghiệp bình thường: 2,5 cho ngừng điện kế hoạch; 7,5 cho ngừng điện sự cố

Phụ tải doanh nghiệp nhạy cảm: 5 cho ngừng điện kế hoạch; 15 cho ngừng điện sự cố

- Ở EDF sử dụng giá như sau: năm 1988 giá mất điện ở lưới phân phối là 14,5 F/kWh chung, không phân theo loại phụ tải; ở lưới chuyên tải có hai cấp giá, nếu công suất mất nhỏ hơn 8% thì giá là 7,25 F/kWh, còn cao hơn 8% thì giá là 14,5 F/kWh

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 Yếu tố độ tin cậy có ảnh hưởng đến quyết định cấu trúc 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 nhà máy điện phức tạp

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

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

Để nâng cao độ tin cậy đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, do đó độ tin cậy không phải được nâng cao bằng mọi giá Đầu tư vào nâng cao độ tin cậy chỉ có hiệu quả khi mức giảm tổn thất kinh tế do nâng cao độ tin cậy lớn hơn chi phí để nâng cao độ tin cậy

Trong hàm mục tiêu của các bài toán xác định cấu trúc nguồn điện cũng như lưới điện đều có thành phần tổn thất do độ tin cậy được tính theo tổn thất kinh tế đã nói trên Tuy nhiên việc tính như vậy cũng gặp phải rât nhiều khó khăn Do đó người ta còn có thể tính toán với yếu tố độ tin cậy như là điều kiện biên của bài toán, tức là dùng chỉ tiêu gián tiếp về độ tin cậy như:

- Xác suất không xảy ra mất điện (độ tin cậy) phải bằng hoặc lớn hơn giá trị nào đó

- Xác suất xảy ra mất điện (độ rủi ro) phải nhỏ hơn giá trị nào đó

Các chỉ tiêu này được xác định trên cơ sở phân tích kinh tế - kỹ thuật hệ thống điện

1.2.3 Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh tế

Ngành điện được 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

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 dẫn đến mất điện của khách hàng gây ra hỏng hàng hóa, dịch vụ và tổn thất kinh tế Để tính toán giá của độ tin cậy, thiệt hại do sự

cố phải được xác định rõ

Giá của độ tin cậy được sử dụng cho 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

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 điện Mức độ của độ tin cậy được coi là hợp lý khi thiệt hại do mất điện tăng thêm tránh được vượt quá hậu quả của sự mất điện khách hàng Theo đó mức độ tin cậy 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 mất điện là nhỏ nhất Lưu ý rằng sự cải thiện độ tin cậy của hệ thống và vốn đầu tư không phải là quan hệ tuyến tính và độ tin cậy hợp lý của hệ thống phù hợp với giá tối ưu 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 đạt được độ tin cậy cao nhất

Hình 1.6 Độ tin cậy trong bài toán kinh tế

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

Để nâng cao độ tin cậy của toàn lưới phân phối thì ta cần phải nâng cao độ tin cậy của các phần tử hợp thành lưới Biện pháp đầu tiên cần phải quan tâm là sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao Các phần tử cần có độ tin cậy cao trong hệ thống điện như là đường dây, máy biến áp, máy xắt, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa Ngày nay, 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 về vật liệu có thể kể đến như: vật liệu cách điện có cường độ cách điện cao như các loại giấy cách điện, sứ cách điện bằng silicon về thiết bị điện có thể kể một số loại như: máy cắt điện chân không, máy cắt điện SF6 Các thiết bị bảo vệ và tự động hóa hiện nay sử dụng công nghệ kỹ thuật số có độ tin cậy cao hơn rất nhiều so với thiết bị sử dụng rơle điện từ trước đây Ngoài ra máy biến áp hiện nay sử dụng vật liệu dẫn từ có tổn hao nhỏ và cách điện tốt nên có độ tin cậy cao Tuy nhiên việc sử dụng thiết bị có

độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng chi phí đẩu tư cho lưới điện Vì vậy ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế của hệ thống, nên việc sử dụng nó tùy vào điều kiện

cụ thể Đối với những hộ phụ tải không được phép mất điện thì đầu tư với khả năng tốt nhất cho phép Đối với các phụ tải khác phải dựa trên sự so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư Trên thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết 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 Các thiết bị tự động thường dùng là: tự động đóng lại (TĐL), tự động đóng nguồn dự phòng, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) Theo thống kê, đối với đường dây tải điện trên không sự cố thoáng qua

có thể chiếm tới (70-80)% tổng số lần sự cố đường dây Nguyên nhân 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 một hoặc 2 lần phóng điện Do đó, nếu sử dung TĐL thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao, do thời gian TĐL rất ngắn (2-5s) nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất điện Trường hợp khi có 2 nguồn cấp trong đó có 1 nguồn dự phòng thì thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng rất hiệu quả, khi 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 thống tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập

dữ liệu từ xa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa

Sử dụng hệ thống CADA trong điều hành lưới phân phối sẽ nhanh chóng tách đoạn lưới sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không sự cố Đối với hệ thống lưới phân phối nhiều nguồn và kết dây phức tạp như lưới điện trong các thành phố thì việc sử dụng hệ thống SCADA là rất hiệu quả và họp lý, tuy nhiên đối với

hệ thống lưới phân phối ở các vùng nông thôn ngoại thành thì chi phí cho hệ thống này là khá lớn ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của công trình

Biện pháp thứ 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 hờ, lưới phân đoạn) Lưới phân phối hiện nay thường là lưới hình tia có phân nhánh, thường có độ tin cậy thấp Tuy vậy, bởi lý do về kinh tế nó vẫn được dùng phổ biến ở nước ta Để tăng độ tin cậy của lưới phân phối cần sử dụng những sơ đồ có khả năng chuyến đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải Hiện nay có thể dùng các sơ đồ kết dây sau: ơ đồ sử dụng đường dây mạch kép Với sơ đồ này ta sử dụng hai đường dây cấp điện cho phụ tải 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 Vì vậy, khả năng tải của mỗi lộ phải đảm đương được toàn bộ

tải Đặc điếm 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

ơ đồ lưới kín vận hành hở Loại sơ đồ này gồm 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 ơ đồ này có ưu điểm là chi phí đầu tư không cao,

có thể áp dụng cho các hệ thống phân phối điện Tuy nhiên còn tùy thuộc vào tình hình nguồn điện ở từng khu vực

ơ đồ lưới có phân đoạn ơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì nó có chi chí thấp, sơ đồ 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 đửng 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 l0kV người ta thường chọn chiều dài các phân đoạn đường dây từ 2-3 km Đe 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 nàv có thể loại trừ ảnh hưởng của sự cố thoáng qua và rút ngấn thời gian thao tác trên lưới, nhờ thế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên, vốn đầu tư khá lớn nên việc sử dụng

nó cần so sánh tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư

Biện pháp thứ tư là tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh Đây là một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc tìm và cô lập nhanh sự cố, rút ngắn thời gian mất điện của phụ tải ở đây bao gồm các nội dung: tổ chức đủ người, dụng cụ, vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sang cho

mọi tình huống sự cố Tồ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất 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

Biện pháp thứ năm là tăng cường công tác kiểm tra bảo dưỡng đường dây, thiết bị vận hành trên lưới để ngăn ngừa sự cố chủ quan Bao gồm trang bị đầy đủ các phương tiện phục vụ công tác quản lý vận hành như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng Đào tạo để nâng cao kiến thức tay nghề cùng tính kỷ luật cao cho nhân viên vận hành 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

1.2.5 Phân loại bài toán độ tin cậy

Bài toán độ tin cậy được phân chia thành các bài toán nhỏ hơn [1]:

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

Hệ thống phát

Hệ thống điện Lưới điện

Hình 1.7 Phân loại bài toán độ tin cậy

- 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

Theo mục đích, bài toán độ tin cậy được chia làm:

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

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

Theo nội dung bài toán, độ tin cậy được chia thành:

- 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 Ví dụ tiêu chuẩn hỏng hóc của lưới điện có thể là phụ tải mất điện, điện áp thấp hơn giá trị cho phép, dây dẫn quá tải

Phân tích độ tin cậy nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố bên trong và bên ngoài đến độ tin cậy của hệ thống điện Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện là:

- Độ tin cậy của phần tử: Cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi; Sửa chữa định kỳ; Ngừng điện công tác

- Cấu trúc của hệ thống: Sự ghép nối giữa các phần tử trong sơ đồ trạm, hình dáng lưới điện

- Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay)

- Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành

- Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố: Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ; Dự trữ thiết bị, sửa chữa; Dự trữ công suất trong hệ thống; cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành; Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị

- Ảnh hưởng môi trường: Phụ tải điện; Yếu tố thời tiết khí hậu, nhiệt độ và

độ ô nhiễm môi trường

- Yếu tố con người: trình độ của nhân viên vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hóa vận hành

Trong bài toán giải tích độ tin cậy, các yếu tố trên là yếu tố đầu vào còn đầu ra

là chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống điện

Tuy nhiên việc tính đến mọi yếu tố rất phức tạp, cho nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào xét được mọi yếu tố ảnh hưởng

Tùy từng phương pháp mà một số yếu tố bị bỏ qua hoặc đơn giản hóa

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

Các giả thiết cũng khác nhau trong bài toán độ tin cậy phục vụ quy hoạch hay phục vụ vận hành

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

1.3 Tổng quan về tính toán độ tin cậy cho lưới phân phối

Trong hệ thống điện, lưới phân phối là khâu cuối cùng cung cấp điện cho phụ tải Lưới phân phối có ảnh hưởng rất 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 (lưới phối trung áp bằng 1,5 lần, lưới phân phối hạ áp bằng 2-2,5 lần lưới cao áp)

phân Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và

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

Vì những lý do trên 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

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 điều kiện kinh tế và 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

Về cấu trúc lưới phân phối thường là:

- Lưới phân phối hình tia: Đặc điểm của nó là đơn giản, rẻ tiền 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: là lưới phân phối 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: 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

ơ 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

Ngày nay, trên thế giới đang phát triển hệ thống phân phối Hệ thống này gồm: các trạm biến áp trung gian, các đường dây có phân đoạn, các trạm biến áp hạ áp được nối với nhau thành hệ thống Các máy cắt điện phân đoạn có thể điều khiển từ

xa nhờ hệ thống SCADA, DCS Các máy cắt điện có thề được trang bị hệ thống tự động đóng lại để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống

Khi biểu đồ phụ tải thay đổi nhờ hệ thống máy tính, sơ đồ kết dây được phân

bố lại sao cho tổn thất công suất trong hệ thống là nhỏ nhất

Hệ thống cung cấp điện có độ tin cậy và chỉ tiêu kinh tế rất cao, các khâu đo lường điều khiển có thể tự động hóa ở mức cao giúp cho hệ thống cung cấp điện luôn vận hành ở trạng thái tối ưu

1.4 Tình hình nghiên cứu độ tin cậy lưới phân phối tại Việt Nam

Độ tin cậy là một chỉ tiêu hết sức quan trọng của hệ thống điện nó ảnh hưởng tới cấu trúc lưới trong bài toán thiết kế và bài toán vận hành Tuy nhiên ngược lại với sự phát triển nhanh của phụ tải đi kèm là yêu cầu về độ tin cậy ngày càng cao thì các nghiên cứu về độ tin cậy tại Việt Nam còn rất nhiều hạn chế Đặc biệt là trong lưới phân phối

Hầu hết các nghiên cứu tập trung về việc đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới phân phối sử dụng các thiết bị tự động hóa, đóng lặp lại, phân đoạn lưới sử dụng máy cắt phụ tải

Để tính toán định lượng được tương đối chính xác độ tin cậy nhằm đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy khả thi và tối ưu là rất khó khăn Khó khăn lớn nhất gặp phải đối với lưới phân phối là việc thiếu số liệu, số liệu không chính xác

Lưới phân phối có tổng chiều dài đường dây lớn, số lượng trạm biến áp phân phối cũng rất lớn Đường dây và trạm biến áp thường đi sâu vào các khu dân cư, trên đồng ruộng và nhiều nơi đường dây chưa được cải tạo, dây dẫn mòn đã có nhiều mối nối dễ đứt, sứ cách điện nứt vỡ, xà đường dây gỉ mọt, cột nứt vỡ cong nghiêng sự cố trên đường dây xảy ra nhiều, nhất là khi thời tiết xấu như mưa to gió bão Để cập nhật hết những thông tin về sự cố gây mất điện là rất khó khăn vì điều kiện địa lý xa xôi, vì trình độ hoặc trách nhiệm của những công nhân trực tiếp quản lý đường dây và trạm biến áp, họ không báo cáo hoặc báo cáo không chính

xác tình hình sự cố, loại sự cố

Một khó khăn khác khi xác định độ tin cậy cho lưới phân phối là đối với khối

dữ liệu lớn thu được thì khó có thể xử lý tính toán bằng tay, hiện tại chưa có một nghiên cứu nào tại Việt Nam đề cập tới vấn đề xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy lưới phân phối trên máy tính

Để giảm bớt khó khăn trong việc tính toán độ tin cậy cho lưới phân phối trong khuôn khổ luận văn này tác giả đã xây dựng một chương trình tính toán độ tin cậy cho một lưới phân phối với mục đích tìm hiểu nghiên cứu về độ tin cậy và bước đầu góp phần xây dựng nên phần mềm tính toán độ tin cậy lưới phân phối trên máy

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬYCHO LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 2.1 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia không phân đoạn

ơ đồ lưới phân phối hình tia được thể hiện trên hình vẽ

Thiết bị phân đoạn

Hình 2.1 Lưới phân phối hình tia

Lưới phân phối trên hình 2.1 a) là lưới phân phối hình tia không phân đoạn Đối với lưới phân phối này, hỏng hóc ở bất kỳ chỗ nào cũng gây mất điện toàn lưới phân phối Khi ngừng điện công tác cũng vậy, toàn lưới phân phối được xem như một phần tử.[1]

Cường độ hỏng hóc toàn lưới phân phối là:

L100

0

 - cường độ hỏng hóc cho 100km; L – độ dài lưới phân phối

Cường độ ngừng điện tổng là: