CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

TÓM TẮT LUẬN VĂN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI Học viên: Nguyễn Láng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: Khóa K34 Trường Đại học B

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN LÁNG

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 60 52 02 02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT

Đà Nẵng- Năm 2018

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Láng

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮC v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI VÀ CÁC VẤN ĐỀ VỀ ĐỘ TIN CẬY 3

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi 3

1.1.1 Khái quát về lưới điện trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 3

1.1.2 Hiện trạng lưới điện trung áp trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi 4

1.1.3 Tình hình quản lý vận hành lưới điện trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi 6

1.2 Các vấn đề về độ tin cậy cung cấp điện 7

1.2.1 Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện 7

1.2.2 Đánh giá và phân tích sự cố 9

1.2.3 Các nguyên nhân gây ra sự cố trong thời gian qua 10

1.2.4 Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện hiện tại 11

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 11

Chương 2 CÁC CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 12

2.1 Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện 12

2.1.1 Khái niệm về độ tin cậy 12

2.1.2 Độ tin cậy của hệ thống 12

2.1.3 Độ tin cậy của phần tử 13

2.2 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy 17

2.2.1 Phương pháp đồ thị giải tích 17

2.2.2 Phương pháp không gian trạng thái 18

2.2.3 Phương pháp cây hỏng hóc 18

2.2.4 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo 19

2.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy theo tiêu chí IEEE1366 19

2.3.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống, SAIFI 19

2.3.2 Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống, SAIDI 19

2.3.3 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng, CAIFI 20

2.3.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng, CAIDI 20

2.3.5 Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) 20

2.3.7 Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS 20

2.3.8 Chỉ số mất điện trung bình khách hàng, ACCI 21

2.3.9 Tần suất trung bình mất điện thoáng qua của khách hàng, MAIFI 21

2.4 Phân tích các yếu tố làm ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối 21

2.4.1 Yếu tố về độ tin cậy của mỗi phần tử trên lưới điện 21

2.4.2 Yếu tố về cấu trúc của lưới điện vận hành 21

2.4.3 Yếu tố về tổ chức của đơn vị quản lý vận hành 21

2.4.4 Yếu tố về môi trường vận hành lưới điện và phụ tải sử dụng điện 21

2.4.5 Yếu tố về con người 22

2.5 Các sơ đồ lưới điện phân phối dùng để tính toán độ tin cậy 22

2.5.1 Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn 23

2.5.2 Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn 24

2.5.3 Lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt 27

2.5.4 Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở 28

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 31

Chương 3 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI THEO IEEE 1366 33

3.1 Giới thiệu chung về phần mềm PSS/ADEPT 33

3.1.1 Các chức năng của phần mềm PSS/ADEPT 33

3.1.2 Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT 33

3.2 Thu thập số liệu tính toán 34

3.3 Tính toán độ tin cậy lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi theo IEEE1366 36

3.4 Phân tích, đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố Quảng Ngãi 37

3.4.1 Phân tích về chỉ số độ tin cậy lưới điện 37

3.4.2 Đánh giá thiệt hại do mất điện 37

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 39

Chương 4 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 40

4.1 Các giải pháp kỹ thuật trong giai đoạn đầu tư và tổ chức vận hành 40

4.1.1 Nhóm giải pháp đầu tư 40

4.1.2 Nhóm giải pháp vận hành 41

4.2 Đề xuất các giải pháp cụ thể để nâng cao độ tin cậy cho lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi 42

4.2.1 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 471/E16.1 42

4.2.2 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 473/E16.1 45

4.2.3 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 475/E16.1 47

4.2.4 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 479/E16.1 49

4.2.5 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 471/E16.5 51

4.2.6 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 473/E16.5 53

4.2.7 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho Xuất tuyến 477/E16.5 54

4.3 Phân tích hiệu quả kinh tế giải pháp đầu tư 56

4.3.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy trước và sau khi đề xuất giải pháp 56

4.3.2 Kết quả tính toán thiệt hại 57

4.3.3 Phân tích về hiệu quả kinh tế 57

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

PHỤ LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN

PHỐI TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

Học viên: Nguyễn Láng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: Khóa K34 Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Luận văn đã lý thuyết hóa kiến thức về độ tin cậy cung cấp điện, cách

tính các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI, ASAI, ASUI, ENS, AENS của lưới điện phân phối trung áp, phân tích các nguyên nhân gây ra sự cố và

đề ra hướng xử lý

Luận văn sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy, phân tích số liệu, thông tin mất điện khách hàng trên từng xuất tuyến cho lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi, căn cứ vào đó, luận văn đề xuất giải pháp để nâng cao

độ tin cậy cho lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi

Ngoài ra, Luận văn cũng đã đề xuất các giải pháp khác như lập kế hoạch công tác trên lưới điện để có kế hoạch cắt điện hợp lý, ngăn ngừa và xử lý nhanh sự cố, ứng dụng

tự động hóa và lưới điện thông minh nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện

Từ khóa - Độ tin cậy cấp điện, chỉ số độ tin cậy, phần mềm tính toán

SOLUTIONS TO IMPROVE THE RELIABILITY OF THE MEDIUM VOLTAGE POWER DISTRIBUTION NETWORK OF QUANG NGAI CITY

Compendious - The thesis has theorized the knowledge about the reliability of

power supply, the calculation of power supply reliability criteria Saifi, Saidi, Caifi, Caidi, Asai, Asui, Ens, Aens of medium voltage power distribution network Analyze the causes of the problem anh set out the direction

The thesis uses PSS/ADPET software to calcutate the reliability, data analysis and information on power outages of customers on each out of the medium voltage network

of Quang Ngai City, based on that thesis option proposed solution to improve reliability for medium voltage grid Quang Ngai City

In addition, the thesis also proposed other solutions such as schedduling work on the grid to plan reasonable power cuts, prevent anh quickly handle incidents, apply automation anh intelligent grids for advanced purposes reliability in the power supply process

Keywords - Power supply reliability, reliability index, software calculation

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮC

ĐLTP : Điện lực Thành Phố Quảng Ngãi

XT : Xuất tuyến

TBA : Trạm biến áp

RC : Máy cắt Recloser (Máy cắt có chức năng đóng cắt lặp lại)

MC : Máy cắt trung thế

FCO : Cầu chì tự rơi

LBFCO : Cầu chì tự rơi cắt có tải

SAIFI : Tần suất mất điện trung bình của hệ thống (lần /Khách hàng)

CAIFI : Tần suất mất điện trung bình của khách hàng (lần /Khách hàng) CAIDI : Thời gian mất điện trung bình của khách hàng, (Phút)

ASAI(ASUI) : Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình của hệ thống ENS : Năng lượng không được cung cấp

MAIFI : Tần suất trung bình mất điện thoáng qua của khách hàng (lần /Khách

hàng)

FCI : Bộ cảnh báo sự cố (Fault Circuit Indicators)

 (lần/năm) : Cường độ hỏng hóc (suất sự cố vĩnh viễn)

RP (giờ) : Thời gian sửa chữa

SWT (giờ) : Thời gian mất điện để sửa chữa

PSS (%) : Xác suất đóng mở đúng theo chức năng

M

(lần/năm) : Suất sự cố thoáng qua

E16.1 : Trạm biến áp 110kV Quảng Ngãi

E16.5 : Trạm biến áp 110kV Quảng Phú

DRA : Distribution Reliability Analysis (Độ tin cậy phân phối)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật và tình trạng mang tải của các trạm biến áp 3

Bảng 1.2 Bảng tổng hợp tình trạng mang tải của các trạm biến áp 110kV 5 Bảng 1.3 Bảng thống kê lưới điện trung áp đang vận hành 5 Bảng 1.4 Bảng tổng hợp tình trạng mang tải của các đường dây 22kV 6 Bảng 1.5 Bảng tổng hợp chi tiết mất điện trung áp khu vực Quảng Ngãi`` 8 Bảng 2.1 Bảng thông số liệu của hệ thống 22 Bảng 2.2 Bảng số liệu khách hàng và phụ tải ở các nút tải 22 Bảng 2.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy các nút tải của hệ thống trên hình 2.8 23 Bảng 2.4 Các chỉ tiêu độ tin cậy các nút tải của hệ thống trên hình 2.9 24 Bảng 2.5 Các chỉ tiêu độ tin cậy các nút tải của hệ thống trên hình 2.10 25 Bảng 2.6 Các chỉ tiêu độ tin cậy các nút tải của hệ thống trên hình 2.11 26 Bảng 2.7 Các chỉ tiêu độ tin cậy các nút tải của hệ thống trên hình 2.12 28 Bảng 2.8 Bảng Tổng hợp chỉ tiêu độ tin cậy qua các sơ đồ phân tích 31 Bảng 3.1 Bảng dữ liệu trung bình 03 năm gần đây cắt điện sự cố 32 Bảng 3.2 Bảng dữ liệu trung bình 03 năm gần đây do cắt điện kế hoạch 32 Bảng 3.3 Bảng số liệu khách hàng cấp điện 32 Bảng 3.4 Bảng kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy các XT 22kV 33 Bảng 3.5 Bảng kết quả tính toán thiệt hại do mất điện 34

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ Hệ thống lưới điện tỉnh Quảng Ngãi 4

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý lưới điện thành phố Quảng Ngãi 7

Hình 2.2 Biểu đồ thời gian làm việc của phần tử 14 Hình 2.3 Biểu đồ mô tả quá trình làm việc của các phàn tử 15 Hình 2.4 Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái làm việc của phần tử 16

Hình 2.8 Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn 22 Hình 2.9 Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ bảo vệ bằng cầu chì 23 Hình 2.10 Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng Dao cách ly 25 Hình 2.11 Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt 26 Hình 2.12 Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở 27

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Những năm gần đây nền kinh tế cả nước nói chung tỉnh Quảng Ngãi nói riêng ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng nhanh, với yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao, ngoài các yêu cầu về điện áp, tần số còn có các yêu cầu về tính liên tục và ổn định trong việc sử dụng điện

Hơn thế nữa, để hội nhập thế giới, Luật điện lực và những Nghị định của Chính phủ đã ra đời quy định về hoạt động điện lực và sử dụng điện, quy định xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực điện lực và đã được cụ thể hóa trong Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ Công thương Việt Nam

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, trong những năm gần đây, lưới điện phân phối trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi phát triển rất nhanh và ngày càng mở rộng Tuy nhiên hiện nay sơ đồ kết lưới còn nhiều bất cập, các thiết bị đóng cắt và bảo vệ lắp đặt trên lưới chưa đảm bảo chức năng Trong quá trình quản lý vận hành cho thấy độ tin cậy hiện nay còn thấp chưa đáp ứng được yêu cầu cung cấp điện ngày càng cao của khách hàng trên địa bàn cũng như theo các quy định của Chính Phủ Mặc dù thời gian qua đã có nhiều đề tài nghiên cứu về các giải pháp vận hành tối ưu cũng như giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, tuy nhiên, các đề tài này chủ yếu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết mà chưa được áp dụng tính toán thực tế cho lưới điện trung áp đang vận hành nên tính ứng dụng chưa cao

Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối đang vận hành trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi dựa theo các số liệu thực tế vận hành là rất cần thiết, để từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng và nâng cao hiệu quả kinh doanh cho Công ty Điện lực Quảng Ngãi

Từ những lý do trên, luận văn đã chọn đề tài "Các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi ” để nghiên cứu và phân tích là

rất cần thuyết

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:

- Tính toán đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối Quảng Ngãi theo tiêu chuẩn IEEE 1366 bằng chương trình tính toán độ tin cậy DRA của phần mềm PSS/ADEPT trên cơ sở các số liệu thống kê được từ thực tế vận hành

- Phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi

- Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối trung áp 22kV Điện lực thành phố Quảng Ngãi

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi theo một số chỉ tiêu đạt được theo tiêu chuẩn IEEE 1366

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập, điều tra số liệu: Từ số liệu quản lý vận hành của Điện lực thành phố Quảng Ngãi, điều tra, khảo sát thực tế từ lưới điện phân phối 22kV trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi do Điện lực thành phố Quảng Ngãi quản lý

- Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng chương trình tính toán độ tin cậy DRA của phần mềm PSS/ADEPT để tính toán độ tin cậy cho lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối,

từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao của xã hội

Đề tài nghiên cứu xuất phát từ điều kiện vận hành lưới điện phân phối trung áp 22kV của thành phố Quảng Ngãi hiện nay, nghiên cứu phương pháp tính toán độ tin cậy cho lưới điện trung áp nói chung và áp dụng vào tính toán cụ thể cho lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi

Từ kết quả tính toán, phân tích đánh giá độ tin cậy cho lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi, đi sâu phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện, từ đó đưa ra những giải pháp cụ thể nhằm nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi và từ đó cũng có thể mở rộng áp dụng cho lưới điện phân phối nói chung

6 Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc luận văn được chia làm 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi và các vấn đề

về độ tin cậy

Chương 2: Các phương pháp và chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối Chương 3: Tính toán, đánh giá độ tin cậy lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi theo tiêu chuẩn IEEE 1366

Chương 4: Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

VÀ CÁC VẤN ĐỀ VỀ ĐỘ TIN CẬY

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối trung áp thành phố Quảng Ngãi

1.1.1 Khái quát về lưới điện trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

Hệ thống lưới điện trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi được chia gồm 02 loại, lưới điện truyền tải và lưới điện phân phối Trong đó lưới truyền tải được xác định là lưới truyền tải công suất từ các trạm nguồn 500kV đến các trạm 220kV, 110kV Lưới phân phối bao gồm lưới có cấp điện áp 35kV và 22kV

Sơ đồ hệ thống lưới điện tỉnh Quảng Ngãi được trình bày ở Hình 1.1

Theo thống kê tính đến tháng 4 năm 2018 toàn tỉnh Quảng Ngãi có:

- 01 trạm 500kV, với tổng dung lượng 638MVA, đang nhận điện từ đường dây 500kV Đà Nẵng - Quảng Ngãi và Pleiku - Quảng Ngãi

- 03 trạm 220kV tổng dung lượng 375MWA Các trạm 220kV này nhận điện từ trạm 500kV Quảng Ngãi thông qua đường dây 220kV Dốc sỏi - Tú Sơn, Dốc Sỏi – Quảng Ngãi và Dốc Sỏi - Dung Quất

- 09 trạm 110kV, với tổng dung lượng 385MWA Các trạm 110kV nhận điện từ trạm 220kV Dốc Sỏi, trạm 220kV Dung Quất và trạm 220kV Quảng Ngãi

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật và tình trạng mang tải của các trạm biến áp

TT Tên trạm biến áp Số

MBA (MVA)

Cấp điện áp (kV)

Mang tải (%)

1 TBA 500kV Quảng Ngãi 04 638 500/220/110 60

2 TBA 220kV Dung Quất 01 1x125 220/110/35 65

3 TBA 220kV Quảng Ngãi 01 1x125 220/110/35 55

4 TBA 220kV Tú Sơn 01 1x125 220/110/35 50

5 TBA 110kV Bình Chánh (E17.4) 01 1x25 110/35/22 60

6 TBA 110kV Dung Quất (E17.1) 02 2x25 110/35/22 70

7 TBA 110kV C.Dung Quất (E17.3) 01 1x40 110/35/22 65

8 TBA 110kV Tình Phong (E17.2) 02 2x40 110/35/22 70

9 TBA 110kV Quảng Ngãi (E16.1) 02 25+40 110/35/22 75

10 TBA 110kV Quảng Phú (E16.5) 02 1x25 110/35/22 80

11 TBA 110kV Tư Nghĩa (E16.3) 02 1x25 110/35/22 65

12 TBA 110kV Mộ Đức (E16.2) 02 2x25 110/35/22 75

13 TBA 110kV Đức Phổ (E16.4) 02 1x25 110/35/22 60

Hình 1.1: Sơ đồ Hệ thống điện tỉnh Quảng Ngãi

1.1.2 Hiện trạng lưới điện trung áp trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi

1.1.2 1 Nguồn cấp điện chính cho thành phố Quảng Ngãi

a) Nguồn cấp điện 110kV

Khu vực thành phố Quảng Ngãi được cấp điện từ 02 trạm biến áp 110kV, đó là 110kV Quảng Ngãi (E16.1) và 110kV Quảng Phú (E16.5) Các đường dây trung áp phía sau các trạm biến áp 110kV hiện đang vận hành đồng bộ ở cấp điện áp 22kV, và lưới 35kV dùng để liên lạc và chuyển tải cấp điện giữa các khu vực trên địa bàn Với tổng công suất cấp điện của 02 trạm biến áp 110kV khoảng 90MVA

Trạm biến áp 110kV Quảng Ngãi có công suất 1x25+1x40MVA-110/35/22kV, gồm 05 xuất tuyến trung áp: XT471/E16.1, 473/E16.1, 475/E16.1, 477/E16.1 và XT479/E16.1; trong đó có 04 xuất tuyến XT471/E16.1, 473/E16.1, 475/E16.1 và XT479/E16.1 cấp điện cho khu vực thành phố Quảng Ngãi

Trạm biến áp 110kV Quảng Phú có công suất 1x25MVA-110/35/22kV, gồm 05 xuất tuyến trung áp: XT471/E16.5, 473/E16.5, 475/E16.5, 477/E16.5 và XT479/E16.5; trong đó có 03 xuất tuyến XT471/E16.5, 473/E16.5 và XT477/E16.5 cấp điện cho thành phố Quảng Ngãi

Hầu hết các xuất tuyến 22kV sau TBA 110KV Quảng Ngãi và TBA 110kV Quảng Phú điều được thiết kế theo cấu trúc dạng mạch kín nhưng vận hành hở theo cấu trúc dạng mạch hở hình tia Liên lạc bằng các thiết bị đóng cắt ở dạng thường mở, như RC; FCO; LBFCO; LBS; LTD

Bảng 1.2 Bảng tổng hợp tình trạng mang tải tại các trạm 110kV cấp điện cho TPQN

TT Tên trạm Máy Uđm

(kV)

Sđm(MVA)

Pmax/Pmin(MW)

Mang tải

1 TBA 110kV Quảng Ngãi T1 110/35/22 40 25,6/9,5 64%

T2 110/35/22 25 18,4/10 73%

2 TBA 110kV Quảng Phú T1 110/35/22 25 21,3/8,7 85%

Hiện nay, cả hai TBA 110kV Quảng Ngãi và TBA 110kV Quảng Phú đã và đang đầy tải, công suất cực đại (Pmax) của cả 02 trạm khoảng 65,3MW vào giờ cao điểm, và Tổng Công ty Điện lực miền Trung đã có kế hoạch nâng công suất trạm 110kV Quảng Phú từ 1x25MVA-110/35/22kV lên 1x25+1x25MVA-110/35/22kV trong năm 2019 b) Nguồn cấp điện 35kV

Công ty Điện lực Quảng Ngãi hiện đang còn quản lý khoảng 27,83 km đường dây trung áp 35kV, và 03 trạm biến áp trung gian 35/22kV; là Ba Tơ (T6) 2x4MWA - 35/22kV; Sơn Hà (T10) 2x6,3MWA - 35/22kV và Trà Bồng (T11) 1x5,6MWA - 35/22kV

Toàn Công ty Điện lực Quảng Ngãi đã chuyển sang vận hành cấp điện áp 110/22kV Tuy nhiên, vẫn còn một số khu vực miền miền núi của tỉnh Quảng Ngãi chưa

có trạm biến áp 110/22kV, vì vậy để cấp điện cho các khu vực này cần phải có đường dây 35kV thông qua các trạm biến áp trung gian 35/22kV nói trên

Khối lượng lưới điện 22kV chiếm tỷ lệ lớn nhất, lưới điện 22kV phủ khắp các phường, xã thành phố của tỉnh Quảng Ngãi; hiện nay các xuất tuyến 22kV điều được thiết kế có liên lạc mạch vòng giữa các trạm biến áp 110kV với nhau, các thiết bị đóng cắt mạch vòng liên lạc đang ở trạng thái thường mở

1.1.2 2 Phụ tải điện

Thành phố Quảng Ngãi là một trung tâm Kinh tế - Chính trị và văn hóa của tỉnh Quảng Ngãi, đã và đang trên đà phát triển, là một thành phố trẻ, tỷ lệ tăng trưởng rất nhanh, có 01 Khu công nghiệp và nhiều trung tâm văn hóa, chính trị và công cộng

Trong đó phụ tải công nghiệp tập trung chủ yếu tại Khu công nghiệp Quảng Phú, chiếm khoảng 30% phụ tải cả thành phố Quảng Ngãi

Phụ tải kinh doanh, dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp chiếm 30%, còn lại là phụ tải sinh hoạt và buôn bán nhỏ lẻ

Bảng 1.4 Bảng tổng hợp tình trạng mang tải các đường dây 22kV trên địa bàn

STT Tên trạm biên áp Công suất các lộ ra

Pmax (kW) Pmin (kW) Khách hàng cấp điện

I Trạm biến áp 110kV Quảng Ngãi (E16.1)

1.1.3 Tình hình quản lý vận hành lưới điện trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi

1.1.3.1 Đặc điểm tự nhiên và xã hội

Điện lực thành phố Quảng Ngãi là đơn vị được Công ty Điện lực Quảng Ngãi giao thực hiện việc quản lý, vận hành và kinh doanh điện năng trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, diện tích tự nhiên 16015,34km2, thành phố có 23 đơn vị hành chính, bao gồm 09 phường và 14 xã và 01 khu công nghiệp, với hơn 263440 ngàn người, mật độ

1645 người/km2

Trong đó, về lưới điện đã có 11/23 xã phường ngành điện quản lý, còn lại 12 xã

do các Công ty cổ phần Điện địa phương quản lý, và dự kiến sẽ bàn giao cho ngành điện quản lý vào cuối năm 2018 và đầu 2019

1.1.3.2 Phương thức vận hành lưới điện hiện tại

Các xuất tuyến trung áp 22kV được thiết kế theo dạng mạch vòng kín, vận hành

hở dạng hình tia Bảo vệ cấp điện trục chính cho các xuất tuyến 22kV bằng các máy cắt Recloser-22kV, phối hợp bảo vệ cấp điện trên các xuất tuyến bằng các phân đoạn sử dụng Dao cắt phụ tải 22kV (LBS), dao cách ly (DCL, LTD), Cầu chì tự rơi 22kV (FCO, LBFCO) hay máy cắt Recloser Các xuất tuyến liên lạc với nhau bằng các thiết bị đóng cắt ở dạng thường mở

Hiện nay, hầu hết các Dao cắt phụ tải, dao cách ly vv , điều được đóng cắt bằng thủ công qua nhân viên quản lý vận hành, vì vậy thời gian mất điện lâu và gây mất điện trên diện rộng Theo lộ trình của Tổng Công ty Điện lực miền Trung, Công ty Điện lực Quảng Ngãi đã và đang triển khai dự án mini SCADA và trung tâm điều khiển đặt tại trụ

sở Công ty Điện lực Quảng Ngãi, khi dự án hoàn thành sẽ góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho thành phố Quảng Ngãi nói riêng và tỉnh Quảng Ngãi nói chung Sơ đồ nguyên lý các xuất tuyến lưới điện thành phố Quảng Ngãi được trình bày ở Hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ lưới điện thành phố Quảng Ngãi

1.2 Các vấn đề về độ tin cậy cung cấp điện

1.2.1 Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện

Chỉ tiêu về Độ tin cậy cung cấp điện là một yếu tố cần thiết để đánh giá chất lượng cung cấp điện của các đơn vị quản lý và vận hành kinh doanh điện năng Các yếu tố

chính thường dùng để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện tới khách hàng là tần suất mất điện hay cường độ mất điện và giá trị thiệt hại cho khách hàng Những yếu tố này phụ thuộc vào độ tin cậy của các phần tử, thiết bị, cấu trúc lưới điện, sự tự động hóa của lưới điện, công suất có thể chuyển tải, hệ thống tổ chức quản lý vận hành, ảnh hưởng của môi trường, nhiệt độ vv , Thông tin chi tiết mất điện và thời gian mất điện qua các năm 2015; 2016; 2017 được tổng hợp trong các Bảng 1.5

Bảng 1.5 Bảng thông tin chi tiết mất điện lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi STT XT Nội dung Số lần cắt

điện

Thời gian mất điện (phút)

KH mất điện (Hộ) Năm 2015

KH mất điện (Hộ)

Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện số lần cắt điện qua các năm

Hình 1.4 Biểu đồ thể hiện thời gian cắt điện qua các năm

1.2.2 Đánh giá và phân tích sự cố

Theo bảng Thông tin chi tiết mất điện và thời gian mất điện thu thập qua các năm 2015; 2016 và 2017, ta thấy số lần mất điện và thời gian mất điện lưới điện trung áp 22kV trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi còn rất lớn, cắt điện có kế hoạch chiếm phần lớn

Qua các bảng tổng hợp phân tích ta thấy số lần và thời gian cắt điện sự cố năm sau giảm hơn so với năm trước, điều đó chứng tỏ việc thực hiện các giải pháp để nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp của Điện lực thành phố Quảng Ngãi và Công ty Điện lực Quảng Ngãi thực hiện đúng định hướng Tuy nhiên, thời gian mất điện do công tác trên lưới lại tăng lên, chứng tỏ trong thời gian qua việc cắt điện công tác trên lưới điện chưa

có kế hoạch và lộ trình cụ thể, còn tùy tiện

Việc vận hành lưới điện với mong muốn các chỉ số độ tin cậy càng thấp thì càng tốt, nhằm để đáp ứng nhu cầu cấp điện cho khách hàng ngày còn tốt hơn và nâng cao hiệu quả kinh doanh là công việc được quan tâm của Công ty Điện lực Quảng Ngãi trong thời gian đến

1.2.3 Các nguyên nhân gây ra sự cố trong thời gian qua

Qua bảng liệt kê chi tiết sự cố trên lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi trong thời gian qua (phụ lục kèm theo) ta đánh giá được như sau:

- Mất điện do cắt điện công tác trên lưới điện chiếm 50%

- Mất điện do sự cố thoáng qua do cây cối va qoặt và ngã đỗ vào dây dẫn trong hành lang tuyến chiếm tỉ lệ 10%

- Mất điện do tác động vượt cấp giữa các thiết bị bảo vệ chiếm tỉ lệ từ 10%

- Mất điện do cách điện trên đường dây chiếm 10%

- Mất điện do giông sét chiếm 10%

- Mất điện do hư hỏng Máy biến áp có chất lượng kém chiểm khoảng 5%

- Các nguyên nhân khác như đứt dây, tụt lèo, đổ cột chiếm 5%

1.2.4 Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện hiện tại

+ Rà xác và ban hành các quy trình, quy phạm vận hành lưới điện đúng với thực

tế lưới điện đang vận hành

+ Kiểm tra, tuyên truyền phát quan hành lang tuyến, thay thế bằng dây bọc để tăng cường cách điện và giảm hành lang an toàn trên tuyến

+ Thiết kế lắp đặt bổ sung các mạch vòng liên lạc, mạch dự phòng N-1, các thiết

bị đóng cắt, bảo vệ trên lưới điện để bảo vệ và cô lập lưới điện khi cần thiết

+ Lắp đặt các chụp cách điện cho các vị trí đấu nối, đầu cực máy biến áp, cầu chì, dao cách ly, máy cắt vv

+ Phối hợp lịch cắt điện định kỳ và các công tác khác trên lưới điện,

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương 1 đã trình bày tổng quan về lưới điện phân phối trung áp 22kV trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, các đặc điểm về cấu trúc lưới điện, tình hình quản lý vận hành cũng như các chỉ tiêu và nguyên nhân làm ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện điện trung áp trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi

Tuy nhiên, vì khu vực lưới điện do Điện lực thành phố Quảng Ngãi quản lý rộng lớn, qua nhiều địa bàn dân cư phức tạp, trải dài từ vùng ven biển (Nghĩa An, Nghĩa Phú…) đến giáp ranh các xã miền núi…, đường xá đi lại tương đối khó khăn, cây cối trong hành lang tuyến còn nhiều, chưa phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị đóng cắt hiện có trên lưới điện, các phân đoạn chưa có chức năng chọn lọc, nhiều chủng loại là một trong các yếu tố làm ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện trung áp thành phố Quảng Ngãi trong những năm qua

Vì vậy, trong tương lai cần phải tính toán và để đề ra các giải pháp vận hành tốt hơn cho lưới điện trung áp trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi là nhiệm vụ được ưu tiên hàng đầu của ban lãnh đạo Công ty Điện lực Quảng Ngãi

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP

2.1 Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện

2.1.1 Khái niệm về độ tin cậy

a) Độ tin cậy: Độ tin cậy của phần tử hoặc của hệ thống là xác suất để phần tử hay

hệ thống đó hoàn thành triệt để nhiệm vụ được giao suốt thời gian khảo sát nhất định, trong các điều kiện vận hành nhất định 2, 2

Độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể trong một thời gian

và hoàn cảnh nhất định Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong một khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử

Hệ thống hay phần tử không phục hồi: Xác suất là đại lượng thống kê, do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hay của phần tử

Hệ thống hay phần tử phục hồi: Như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên tục Do đó

độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợp hơn, đó là độ sẵn sàng

Độ sẵn sàng: Là xác suất để hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn

thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động

Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống hoặc

phần tử ở trạng thái hỏng

2.1.2 Độ tin cậy của hệ thống

Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp Hệ thống điện thường được xây dựng trên địa bàn rộng Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho từng khu vực, từng vùng hoặc toàn hệ thống Có thể chia thành các nhóm nguyên nhân chính gây mất điện như sau:

- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện

- Do thời tiết: Giông sét, lũ lụt, mưa, bão, lốc xoáy, vv

- Do hoạt động của hệ thống

+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải, vv

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện

- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, hành lang tuyến, phương tiện vận tải, đào đất, hoả hoạn, phá hoại, vv

(2.1)

(2.2)

(2.3)

Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy hiểm

và lan rộng do lụt, bão, khi đó các đơn vị điện lực không đủ người, phương tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp

2.1.3 Độ tin cậy của phần tử

Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa 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

a) Phần tử không phục hồi

Đối với những phần tử không phục hồi sau khi hỏng hóc coi như bị loại bỏ, vì vậy

ta chỉ quan tâm đến sự kiện xảy ra sự cố lần đầu tiên Thời gian làm việc an toàn của phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng hóc hay còn gọi là thời gian phục vụ,

là đại lượng ngẫu nhiên (kí hiệu là ), có hàm phân bố Q(t) là:





 Trong đó q(t) Δt là xác suất để thời gian làm việc an toàn  nằm trong khoảng (t,

P ( > t) là xác suất để thời gian phục vụ  lớn hơn t, cũng tức là xác suất để phần

tử bị hỏng hóc xảy ra ở sau thời điểm t khảo sát Theo lý thuyết xác suất, từ (2.1) và (2.4)

ta có:

P(t) = 1 - Q(t)

(2.8) (2.7)

Hình 2.1 Biểu đồ đồ thị hàm tin cậy

Hàm tin cậy P(t) có tính chất biến thiên từ 0 đến 1, với điều kiện P(0) =1 (ở thời điểm ban đầu phần tử làm việc tốt) và P(∞)=0 (phần tử nhất định hỏng ở thời gian vô cùng) 2, 3

- Cường độ hỏng hóc (t)

Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với Δt đủ nhỏ thì (t) Δt chính là xác suất để phần tử đã phục vụ đến thời điểm t sẽ hỏng trong khoảng Δt tiếp theo Hay nói cách khác (t) là số lần hỏng hóc trong một đơn vị thời gian trong khoảng thời gian

P(AB)=P(A).P(B/A)=P(B).P(A/B) hay P(A/B)= P(AB)/P(B)

Nếu BA như trường hợp đang xét t0 thì p(AB)=P(A)

P (t<≤t+t/>t) = ( )

( t)

P t t t P

(2.9)

(2.11) (2.10)

( )( )

( ) dp t

P tt

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện:

Thời gian làm việc trung bình được biểu diển trên hình 2.2

Hình 2.2 Biểu đồ thời gian làm việc của phần tử hệ thống điện Theo nhiều số liệu thống kê quan hệ giữa cường độ hỏng hóc theo thời gian có dạng hình chậu (Hình 2.2b) Đường cong cường độ hỏng hóc được chia làm 03 miền

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

Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: (t) là hằng số

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

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, do hiện tượng 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 các phần tử Sau khi sữa chữa và bảo trì các phần tử xem như trở lại ban đầu, nên cường độ hỏng hóc biến thiên xung quanh giá trị trung bình Vì vậy khi xét thời gian dài làm việc ta có thể xem (t) =t = const để tính toán độ tin cậy 2, 5-6

b) Phần tử phục hồi

Trong hệ thống điện các phần tử là phần tử phục hồi Đối với phần tử có phục hồi trong thời gian sử dụng, khi bị sự cố sẽ được sửa chữa và phần tử được phục hồi, giả thiết

là sau phục hồi phần tử đó có độ tin cậy giống như chưa sảy ra sự cố

Trong thực tế, đây là các 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 tử này là:

- Thông số dòng hỏng hóc (t):

Thời gian xảy ra sự cố và thời gian sữa chữa sự cố tương ứng là những đại lượng ngẫu nhiên, có thể mô tả trên trục thời gian như hình vẽ:

Hình 2.3: Mô hình diễn tả quá trình làm việc của phần tử

T1, T2, T3, T4 … biểu thị các khoảng thời gian làm việc an toàn của các phần tử giữa các lần sự cố sảy ra, và 1, 2, 3, 4 là thời gian sửa chữa sự cố tương ứng

Tương tự như (t), đại lượng (t) Δt là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong khoảng (t, t + Δt), với Δt đủ nhỏ

Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc (t) là hằng số và bằng cường độ hỏng hóc của phần tử,  (t) = =cost Vì lý do này mà cường 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

- Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên 2 trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng (Hình 2.3)

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc tốt (T) thì sau thời gian làm việc TLVphần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng (H) phải sửa chữa Khi sửa chữa xong, phần tử trở lại trạng thái làm việc tốt (T) Áp dụng quá trình Markov theo graph trạng thái hình 2.4 2, 7-10

T1

1 T2 2 T3 3 T4 4

 

Hình 2.4: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái làm việc (LV-làm việc, H-hỏng)

2.2 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy

2.2.1 Phương pháp đồ thị giải tích

Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng phương pháp giải tích bằng đại số Boole, lý thuyết xác suất thống kê, tập hợp để tính toán độ tin cậy

Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích ảnh hưởngcủa

hư hỏng phần tử đến hư hỏng hệ thống Sơ đồ độ tin cậy bao gồm các nút (nguồn, tải, trung gian) và các nhánh Nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối nút nguồn và nút tải của

sơ đồ Trạng thái hoạt động của hệ thống là trạng thái có ít nhất một đường nối từ nút nguồn đến nút tải Khi nút nguồn và nút tải bị tách rời do hỏng các phần tử thì hệ thống

ở trạng thái hỏng Các dạng sơ đồ độ tin cậy như hình 2.5, hình 2.6, hình 2.7 2, 14

Hình 2.5: Sơ đồ nối tiếp Hình 2.6: Sơ đồ song song

Hình 2.7: Sơ đồ hổn hợp

2.2.1.1 Độ tin cậy của các phần tử nối tiếp (Hình 2.5)

Hệ thống hỏng khi có một phần tử hỏng Giả sử đã biết cường độ hỏng hóc của n phần tử lần lược là 1, 2, 3, 4, n và thời gian phục hồi trung bình i của các phần tử

Vì các phàn tử mắc nối tiếp trong sơ đồ nên hệ thống chỉ làm việc an toàn khi tất cả các phần tử làm việc tốt, giải sử các phần tử đối lập nhau, xác suất trạng thái làm việc tốt (ĐTC) của hệ thống là:

2.2.1.2 Độ tin cậy của các phần tử nối tiếp (Hình 2.6)

Hệ thống sẽ làm việc tốt khi có ít nhất 1 phần tử làm việc tốt và hỏng khi tất cả các phần tử hỏng

2.2.2 Phương pháp không gian trạng thái

Trong phương pháp này hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và khả năng chuyển giữa các trạng thái đó

Trạng thái hệ thống được xác định bởi tổ hợp các trạng thái phần tử Mỗi tổ hợp trạng thái phần tử cho một trạng thái hệ thống Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau, chẳng hạn tốt, hỏng hay bảo dưỡng định kỳ Sự thay đổi trạng thái của phần tử sẽ dẫn đến thay đổi trạng thái của hệ thống Nếu phần tử có 02 trạng thái và hệ thống có n phần tử thì số trạng thái của hệ thống là 2n Hệ thống luôn ở một trong các trạng thái có thể của không gian trạng thái, nên tổng các xác suất trạng thái bằng 1

Phương pháp không gian trạng thái có thể sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov

để tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái, từ đó tính được các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống

1

( )

n i i

hỏng hóc là phương pháp rất hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống phức tạp, có thể áp dụng cho hệ thống điện

2.2.4 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo

Phương pháp Monte - Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên Nó tạo ra lịch sử hoạt động của các phần tử và của hệ thống một cách nhân tạo trên máy tính điện tử, sau đó sử dụng các phương pháp đánh giá thống kê để phân tích rút ra các kết luận về độ tin cậy của phần tử và hệ thống

Mỗi phương pháp đều có ưu thế riêng cho từng loại bài toán Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo được sử dụng chủ yếu cho giải tích độ tin cậy của hệ thống điện Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với độ tin cậy của các nhà máy điện Các bài toán

về độ tin cậy của nguồn điện thường sử dụng phương pháp không gian trạng thái Bài toán độ tin cậy của lưới điện sử dụng phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị - giải tích rất có hiệu quả Ở đây chúng ta sử dụng phương pháp đồ thị - giải tích cho việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối

2.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy theo tiêu chí IEEE1366

Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 03 khái niệm

cơ bản, đó là:

- Cường độ mất điện trung bình  (do sự cố hoặc theo kế hoạch bảo trì bão dưỡng)

- Thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình T

- Thời gian mất điện hàng năm trung bình u của phụ tải

Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn Mặc dù

3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện

độ tin cậy của hệ thống Để đánh giá được một cách toàn diện về sự mất điện của hệ thống, người ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau 1, 70-71

2.3.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống, SAIFI

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

Thời gian khách hàng bị mất điện Tổng số khách hàng có điện

Độ không sẵn sàng vận hành: ASUI= 1-ASAI

2.3.6 Năng lượng không được cung cấp, ENS

L - Công suất tải trung bình tại nút thứ i

2.3.7 Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS

AENS = = a i( ) i

i

u L N

Số giờ khách hàng yêu cầu cấp điện có thể

Số giờ khách hàng yêu cầu cấp điện

Tổng năng lƣợng không đƣợc cung cấp Tổng khách hàng đƣợc cấp điện

Tổng thời gian khách hàng bị mất điện Tổng số khách hàng mất điện

N - Số lượng khách hàng tại nút thứ i

( )

a i

L - Công suất chuyển tải trung bình tại nút thứ i

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng trong một năm

2.3.8 Chỉ số mất điện trung bình khách hàng, ACCI

2.4 Phân tích các yếu tố làm ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối

2.4.1 Yếu tố về độ tin cậy của mỗi phần tử trên lưới điện

- Chất lượng của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏng hóc của các phần

tử trên lưới điện phân phối và thời gian phục hồi của nó

- Kế hoạch cắt điện duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị, cải tạo, phát triển lưới điện trong thời gian vận hành làm ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy lưới điện

2.4.2 Yếu tố về cấu trúc của lưới điện vận hành

Sơ đồ cấu trúc lưới điện của lưới điện vận hành của 01 đơn vị có ý nghĩa rất lớn đối với độ tin cậy của lưới điện, ảnh hưởng đến khả năng thay đổi phương thức và dự phòng cấp điện, như:

- Sự ghép nối các phần tử trong sơ đồ lưới điện, hình dáng lưới điện

- Khả năng tự động hóa trong sơ đồ lưới điện cũng ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu

độ tin cậy cung cấp điện

2.4.3 Yếu tố về tổ chức của đơn vị quản lý vận hành

- Tổ chức và bố trí nhân lực để can thiệp xử lý khi có sự cố

- Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ

- Dự trữ thiết bị, dự trữ nguồn trong hệ thống lưới điện vận hành

2.4.4 Yếu tố về môi trường vận hành lưới điện và phụ tải sử dụng điện

- Yếu tố thời tiết, khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiễm của môi trường Là các yếu tố làm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành và tuổi thọ của các phần tử lưới điện Khi phần tử lưới điện nhanh xuống cấp, hư hỏng sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành của hệ thống

- Phụ tải sử dụng điện Tính chất sử dụng điện của các phụ tải khác nhau, phụ thuộc vào trình độ công nghệ sản xuất, vì vậy làm ảnh hưởng đến khả năng cung cấp điện của lưới điện cho hệ thống

Tổng điện năng không được cung cấp Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng

Số khách hàng bị mất điện thoát qua Tổng số khách hàng được cấp điện

2.4.5 Yếu tố về con người

Trình độ của nhân viên quản lý vận hành trong đơn vị, việc ôm hiểu về kỹ thuật,

tự động hoá trong vận hành ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy cung cấp điện

2.5 Các sơ đồ lưới điện phân phối dùng để tính toán độ tin cậy

Hiện tại trên hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Quảng Ngãi nói chung, thành phố Quảng Ngãi nói riêng, lưới điện được thiết kế theo dạng mạch vòng, vận hành hở, có dạng hình tia, có thiết bị bảo vệ đầu xuất tuyến Trục chính và các nhánh rẽ dài, qua khu vực có địa hình phức tạp có lắp đặt các thiết bị đóng cắt phân đoạn, một trong những nhiệm vụ quan trọng của các thiết bị này là phân đoạn lưới điện, nhằm hạn chế số lần và thời gian mất điện khi lưới điện bị sự cố hoặc sửa chữa

Phân đoạn thường được sử dụng trên lưới điện gồm các loại chính sau:

- Máy cắt điện có chức năng đóng lặp lại (Recloser): Thiết bị dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng điện ngắn mạch, có thể tự động đóng cắt hoặc điều khiển từ xa từ trung tâm điều khiển hệ thống điện Khi mạng điện có

sự cố máy cắt phân đoạn sẽ tự động tách đoạn bị sự cố ra khỏi mạng điện, cũng như tự động đóng lại khi đã loại trừ điểm sự cố do ngắn mạch thoáng qua, nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ phụ tải ở các đoạn đường dây không bị sự cố Đây là loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, nhưng giá thành cao nên máy cắt chỉ được dùng ở những nơi quan trọng

- Dao cách ly (DCL, LTD): Dùng để tạo ra một khoảng cách trông thấy giữa bộ phận mang điện và bộ phận không mang điện nhằm đảm bảo an toàn khi công tác trên lưới điện Dao cách ly chỉ dùng để đóng, cắt khi không có dòng điện Khi có sự cố trên đoạn đường dây, dao cách ly phân đoạn sẽ tách đoạn đường dây này ra khỏi mạng điện chính, đảm bảo cho các hộ phụ tải khác không bị ảnh hưởng và giúp cho việc xác định sự

cố được tiến hành dễ dàng, sau khi sự cố được khắc phục đoạn đường dây bị sự cố được đóng trở lại vào mạng điện Cơ cấu phân đoạn này cũng được sử dụng để cắt điện khi sửa chữa định kỳ và kiểm tra thiết bị

- Dáo cắt có tải (LBS): Phối hợp với LTD, DCL cho phép đóng cắt lưới điện trong cả khi có dòng điện phụ tải lớn, giúp giảm thời gian cắt điện khi công tác, cũng như khi xử lý sự cố trên lưới điện

- Cầu chì tự rơi (FCO, LBFCO): Dùng để bảo vệ khi có ngắn mạch trên lưới điện Cầu chì là loại khí cụ bảo vệ đơn giản, rẻ tiền, nhưng độ nhạy kém Nó chỉ tác động khi dòng điện lớn hơn định mức nhiều lần, chủ yếu là khi xuất hiện dòng điện ngắn mạch, LBFCO cho phép đóng cắt dòng điện phụ tải lớn, FCO chỉ cho phép đóng cắt dòng điện nhỏ, vì vậy không được dùng để đóng cắt khi có tải, mà thay vào đó là LBFCO thường được dùng trong các nhánh phụ tải có dòng điện lớn

Việc tính toán lắp đặt các thiết bị trên lưới điện là một khâu rất quan trọng, vì sự phối hợp đóng cắt và bảo vệ giữa các thiết bị này trên lưới điện đúng chức năng và nhiệm vụ sẽ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng một cách rất hiệu quả

Trong tính toán độ tin cậy, lưới điện hình tia gồm các phần tử mắc nối tiếp trên cùng một đoạn lưới liền nhau, nên các chỉ số trung bình cơ bản về độ tin cậy của hệ thống được tính như sau:

 là cường độ mất điện trung bình của từng thành phần (đoạn lưới) và của

hệ thống trong một năm (lần/năm)

, s

i t

t là thời gian mất điện trung bình của từng thành phần (đoạn lưới) và của hệ thống cho một lần mất điện (giờ/lần)

Ts là thời gian mất điện trung bình năm của hệ thống

Để phân tích đánh giá các tính chất về độ tin cậy trong hệ thống điện, ta đi nguyên cứu và phân tích làm rõ qua các sơ đồ lưới điện và thông số liệu của hệ thống giả định như sau:

2.5.1 Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn

Hình 2.8: Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn Trong thực tế cho thấy rằng sự mất điện trên đường dây có tỷ lệ tương ứng với chiều dài của nó Giả sử suất sự cố bình quân trên các đoạn tuyến trục chính là 0 = 0,1 lần/km.năm, thời gian sửa chữa sự cố trung bình của các phần tử là r=2 giờ, chiều dài đường dây, số lượng khách hàng và tải bình quân cho ở Bảng 2.1 và Bảng 2.2 dưới đây

Bảng 2.1 Thông số liệu của hệ thống

Các chỉ tiêu về độ tin cậy theo sơ đồ lưới trên hình 2.8 được tính toán và thể hiện trong Bảng 2.3

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.8

- Khi đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trên được tính như sau:

SAIFI  giờ /lần mất điện

ASAI = 2400.8760 (2, 6.900 2, 6.700 2, 6.500 2, 6.300) 0.9997031

2400.8760

ENS = 2,6.4000 2,6.3000 2,6.2000 2,6.1000   = 26000,0 kWh/năm

AENS = ENS

N 10.83 kWh/khách hàng.năm

2.5.2 Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn

a) Nhánh có bảo vệ bằng cầu chì

Hình 2.9 Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu chì

Khi ngắn mạch xảy ra trên các nhánh rẽ thì cầu chì sẽ tác động, nhánh rẽ bị sự cố được tách ra, không làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác Do đó các chỉ tiêu về độ tin cậy

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

của hệ thống sẽ được hay đổi Trong trường hợp này các chỉ tiêu về độ tin cậy sẽ được cải thiện cho tất cả các nút tải, mặc dù việc cải thiện này là khác nhau cho mỗi nhánh

Kết quả các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải của hệ thống được thể hiện trong Bảng 24

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.9

Từ Bảng 2.3 và 2.4 ta so sánh 2 sơ đồ lưới điện phân tích trên như sau

Nút phụ tải Sơ đồ hình 2.8 Sơ đồ hình 2.9

 (lần/năm) T (giờ)  (lần/năm) T (giờ)

Khi đặt cầu chì tại các nhánh rẽ, độ tin cậy của các núi tải được cải thiện nhiều, và

độ cải thiện này phụ thuộc vào chiều dài nhánh rẽ của các phần tử

Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trên hình 2.9 được tính như sau:

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.10

SAIFI = 0,8.900 0,9.700 0,9.500 0,8.300 0,85

900 700 500 300

   lần /khách hàng.năm SAIDI = 0,8.900 1,16.700 1, 48.500 1, 6.300 1,14

900 700 500 300

   giờ /khách hàng.năm CAIDI = SAIDI 0,92

SAIFI  giờ /lần mất điện

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

2.5.3 Lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt

Hình 2.11 Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt, nhánh rẽ bằng FCO Với những điểm đặt dao cách ly như trên Hình 2.10, giả sử thời gian thao tác đóng cắt của máy cắt để cách ly đoạn sự cố là 0,1 giờ thì các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải được tính như Bảng 2.6

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống theo hình 2.11

Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống có sơ đồ Hình 2.11 như sau:

SAIFI = 0,8.900 0,9.700 0,9.500 0,8.300 0,85

900 700 500 300

   lần /khách hàng.năm SAIDI = 0, 65.900 1, 04.700 1, 42.500 1, 6.300 1, 04

900 700 500 300

   giờ /khách hàng.năm CAIDI = SAIDI 1, 23

SAIFI  giờ /lần mất điện

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

ASAI = 2400.8760 (0, 65.900 1, 04.700 1, 42.500 1, 6.300) 0,999880

2400.8760

ENS = 0,65.4000 1,04.3000 1, 42.2000 1,6.1000 10160    kWh/năm

Trong thực tế để tăng cường độ tin cậy lưới điện phân phối người ta sử dụng máy cắt để phân đoạn Trong trường hợp này khi có sự cố trên các đoạn, máy cắt phân đoạn

sẽ tự động tác động cắt đoạn bị sự cố ra và các đoạn trước máy cắt phân đoạn vẫn được dùng liên tục để cấp điện Các chỉ tiêu độ tin cậy cho các nút tải sẽ được cải thiện hơn trường hợp phân đoạn bằng dao cách ly, do máy cắt có thể tự động cắt đoạn sự cố ra khỏi lưới, nên số lần mất điện và thời gian mất điện sẽ thấp hơn

2.5.4 Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở

Nhiều hệ thống lưới phân phối kín có các điểm mở để hệ thống hoạt động hiệu quả như là một mạng hình tia, nhưng khi có một sự cố trong hệ thống các điểm mở có thể được đóng, mở hợp lý để phục hồi việc cung cấp điện cho các tải không được liên kết với nguồn Quy trình hoạt động này có ảnh hưởng rõ rệt đối với các chỉ tiêu độ tin cậy của nút tải, bởi vì các nút tải bị tách khỏi nguồn cho đến khi hoàn thành việc sửa chữa có thể chuyển sang một nguồn khác của hệ thống

Xét hệ thống lưới điện như Hình 2.12 (tương tự trường hợp Hình 2.10) nhưng đặt đoạn 4 nối với một hệ thống phân phối H2 khác qua điểm thường mở (5) Trong trường hợp cần thiết nhánh 4 có thể được nối qua hệ thống dự phòng H2 thông qua điểm thường

mở (5), giả sử nguồn H2 đủ công suất để chuyển tải

Hình 2.12 Sơ đồ lưới điện mạch kín vận hành hở Cũng với các giả thiết như trên, giả sử thời gian thao tác đóng cắt của Dao cách ly

là 0,5 giờ thì các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải được tính và thể hiện trong như Bảng 2.7 như sau

Bảng 2.7 Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống Hình 2.12

Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống có sơ đồ Hình 2.12

900 700 500 300

   giờ /khách hàng.năm CAIDI = SAIDI 1,12

SAIFI  giờ /lần mất điện

ASAI = 2400.8760 (0,8.900 0,84.700 1, 0.500 1, 6.300) 0,999891

2400.8760

ENS = 0,8.4000 0,84.3000 1,0.2000 1,6.1000   9320 kWh/năm

AENS = ENS 3,88

N  kWh/khách hàng.năm

Nhận xét: Các chỉ tiêu về độ tin cậy trong trường hợp này được cải thiện đáng kể

so với hệ thống chỉ có một nguồn, phụ tải càng gần nguồn dự phòng H2 càng được cải thiện nhiều hơn Tuy nhiên, không phải luôn luôn có thể san toàn bộ tải bị mất trong một

hệ thống qua nguồn cấp khác dùng qua một điểm thường mở Sự khống chế này có thể tồn tại, bởi vì sự mất điện xảy ra khi đang mang tải cao hoặc nguồn cung cấp thứ hai bị giới hạn công suất Trong trường hợp này thời gian mất điện sẽ bằng thời gian cách ly để san tải hay thời gian để sửa chữa khắc phục trong trường hợp không thể chuyển sang nguồn khác

Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện từ sơ đồ trên hình 2.8 đến hình 2.12 được tổng hợp so sánh như như Bảng 2.8

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

Bảng 2.8 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy qua các sơ đồ phân tích

điện)

ASAI 0,999703 0,999805 0,999869 0,999880 0,999891 ENS (MWh/Năm) 26 17 11,24 10,160 9,32 AENS(kWh/KH/n) 10,83 7,08 4,68 4,23 3,88