NÂNG CAO độ TIN cậy CUNG cấp điện của lưới PHÂN PHỐI điện THÀNH PHỐ THÁI BÌNH

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện nông nghiệp

Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN BÁCH

HÀ NỘI – 2011

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……… i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011

Người cam ñoan

Trần Kiên Sơn

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và thực hiện ñề tài luận văn tốt nghiệp, ñến nay tôi

ñã hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành ðiện nông nghiệp với ñề tài: “Nâng

cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện thành Phố Thái Bình”

Trước hết, Tôi xin chân thành cảm ơn Viện ñào tạo Sau ðại học, Khoa Cơ ðiện, Bộ môn Cung cấp ñiện, Trường ðại học Nông Nghiệp – Hà Nội ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài nghiên cứu khoa học

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Bách – người ñã ñịnh hướng, chỉ bảo và hết lòng tận tụy, dìu dắt tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu ñề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñến những người thân trong gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp ñã ñộng viên, cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học Nếu không có những sự giúp ñỡ này thì chỉ với sự cố gắng của bản thân tôi sẽ không thể thu ñược những kết quả như mong ñợi

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011

Người cảm ơn

Trần Kiên Sơn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ðẦU 1

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI 3

1.1 Khái niệm về lưới phân phối ñiện 3

1.2 ðặc ñiểm và phân loại của lưới phân phối ñiện 3

1.2.1 Một số ñặc ñiểm của lưới phân phối 3

1.2.2 Phân loại lưới ñiện phân phối trung áp 4

1.2.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của lưới phân phối ñiện 5

1.4 Phương pháp phân phối ñiện trung áp và nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 7

1.4.1 Phương pháp phân phối ñiện trung áp 7

1.4.2 Nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 8

1.4.2.1 Trung tính không nối ñất: Z = ∞ 8

1.4.2.2 Trung tính nối ñất trực tiếp: Z = 0 8

1.4.2.3 Trung tính nối ñất qua tổng trở hay ñiện kháng: (Z=R; Z = R+jX) 9

1.4.2.4 Phương pháp nối ñất qua cuộn dập hồ quang 10

1.5 Sơ ñồ lưới ñiện phân phối 10

1.5.1 Phương án nối dây trong mạng ñiện phân phối 10

1.5.2 Áp dụng các phương pháp nối dây trong lưới ñiện phân phối 11

1.5.2.1 Sơ ñồ nối ñiện phân phối trung áp trên không. 12

1.5.2.2 Sơ ñồ phân phối cáp trung áp 13

1.5.2.3 Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện. 16

1.5.2.4 Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp 17

1.6 Trạm biến áp phân phối 18

Chương 2: CÁC VẤN ðỀ CHUNG ðỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ðIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 20

2.1 Tổng quan về ñộ tin cậy 20

2.1.1 Khái niệm chung về ñộ tin cậy 20

2.1.1.1 Phần tử không phục hồi. 21

2.1.1.2 Phần tử phục hồi. 24

2.1.2 Nguyên nhân mất ñiện 29

2.1.3 Tổn thất kinh tế do mất ñiện và ảnh hưởng của ñộ tin cậy ñến cấu trúc của hệ thống ñiện 31

2.1.3.1 Tổn thất kinh tế do mất ñiện 31

2.1.3.2 Ảnh hưởng của ñộ tin cậy ñến cấu trúc của hệ thống ñiện 31

2.1.4 ðộ tin cậy hợp lý 32

2.1.5 ðặc ñiểm và các biện pháp nâng cao ñộ tin cậy lưới phân phối 33

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy của lưới phân phối 34

2.2.1 Các yếu tố bên trong: 34

2.2.2 Các yếu tố bên ngoài. 35

2.3 Các chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy của lưới phân phối 35

2.3.1 Các chỉ tiêu ñộ tin cậy của lưới phân phối 35

2.3.1.1 Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI (System average interruption frequency index): 36

2.3.1.2 Tần suất mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIFI (Customer average interruption frequency index): 36

2.3.1.3 Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI (System average interruption duration index): 36

2.3.1.4 Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI (Customer average interruption duration index): 37

2.3.1.5 ðộ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) (Average service availability (unavailability) index): 37

2.3.1.6 Năng lượng không ñược cung cấp, ENS(Energy not supplied index) 37

2.3.1.7 ðiện năng trung bình không ñược cung cấp, AENS hay mất ñiện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index): 37

2.3.2 Các chỉ tiêu ñộ tin cậy của trạm biến áp phân phối 38

2.3.2.1 Số lần cắt ñiện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối 38

2.3.2.2 Thời gian cắt ñiện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm.

38

2.3.2.3 ðiện năng mất do sự cố máy biến áp 38

2.4 Các biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cho lưới phân phối 39

2.4.1 ðối với lưới phân phối: 39

2.4.2 ðối với trạm phân phối. 42

2.5 Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối ñiện 43

2.5.1 Phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối hình tia có 1 nguồn 43

2.5.1.1 Sơ ñồ tổng quát lưới ñiện 43

2.5.1.2 Tính các chỉ tiêu ñộ tin cậy 45

2.5.2 Lưới ñiện có 2 nguồn cung cấp ñiện 55

2.6 Tính ñộ tin cậy của máy biến áp 55

2.6.1 Khái quát chung 55

2.6.2 Dự trữ và thay thế máy biến áp 56

2.6.2.1 Mô hình toán học 56

2.6.2.2 Hệ phương trình toán học của quá trình ngẫu nhiên Markov 58

2.6.2.3 Giải bài toán dự trữ thay thế trên máy tính 58

2.6.2.4 Kết luận 59

Chương 3: ÁP DỤNG CHO LƯỚI ðIỆN CỤ THỂ THÀNH PHỐ THÁI BÌNH 60

3.1 Giới thiệu chung về lưới ñiện của Thành Phố Thái Bình 60

3.2 Sơ ñồ lưới phân phối ñiện ñược phân tích ñộ tin cậy 62

3.2.1 Sơ ñồ lưới ñiện 62

3.2.3 Giao diện chương trình tính toán ñộ tin cậy và giới thiệu chương trình: 68

3.3 Phân tích ñộ tin cậy của các ñường dây khi chưa có thiết bị phân ñoạn 71

3.3.1 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 371 khi chưa có thiết bị phân ñoạn 71

3.3.2 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 374 khi chưa có thiết bị phân ñoạn 72

3.3.3 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 973 khi chưa có thiết bị phân ñoạn 72

3.3.4 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 977 khi chưa có thiết bị phân ñoạn 72

3.4 Nâng cao ñộ tin cậy của các ñường dây bằng thiết bị phân ñoạn 73

3.4.1 Phương pháp chọn vị trí dao cách ly 73

3.4.2 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 371 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao

cách ly 73

3.4.3 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 374 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly 81

3.4.4 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 973 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly 89

3.4.5 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 977 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly 92

3.5 Tính hiệu quả kinh tế khi ñặt dao cách ly 99

3.5.1 Hiệu quả kinh tế ñược tính bằng hiệu giá NPV 99

3.5.2 Các thông số cần thiết tính toán NPV ñể phân tích hiệu quả kinh tế 100

3.5.3 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 371 khi ñặt dao cách ly. .100

3.5.4 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 374 khi ñặt dao cách ly. .103

3.5.5 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 973 khi ñặt dao cách ly. .106

3.5.6 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 977 khi ñặt dao cách ly. .108

3.6 Kết luận: 111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 113

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.4.1: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 2 DCL……… ….69

Bảng 3.4.2: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 1 DCL… …… ……… 70

Bảng 3.4.3: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 3 DCL…… 72

Bảng 3.4.4: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 4 DCL……… … 73

Bảng 3.4.5: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 5 DCL……… … 75

Bảng 3.4.6: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng từ 0 ñến 5 DCL ……… ………75

Bảng 3.4.7: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 3 DCL……… 77

Bảng 3.4.8: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 1 DCL……… 79

Bảng 3.4.9: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 2 DCL……… 80

Bảng 3.4.10: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 4 DCL…….… 81

Bảng 3.4.11: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 5 DCL……….83

Bảng 3.4.12: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng từ 0 ñến 5 DCL 83

Bảng 3.4.13: Kết quả tính toán ñường dây 973 khi dùng 1 DCL……….85

Bảng 3.4.14: Kết quả tính toán ñường dây 973 khi dùng 2 DCL……… ……… 84

Bảng 3.5.15: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 973 khi dùng từ 0 ñến 2 DCL……….……… 87

Bảng 3.4.16: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 3 DCL……….… 88

Bảng 3.4.17: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 1 DCL……….90

Bảng 3.4.18: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 2 DCL……….91

Bảng 3.4.19: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 4 DCL……….92

Bảng 3.4.20: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng từ 0 ñến 4 DCL……… 93

Bảng 3.5.1: Tổng hợp kết quả tính toán NPV dường dây 371 khi sử dụng 1 ñến 5 DCL……… ………98

Bảng 3.5.2: Tổng hợp kết quả tính toán NPV dường dây 374 khi sử dụng 1 ñến 5 DCL……….101

Bảng 3.5.3: Tổng hợp kết quả tính toán NPV ñường dây 973 khi sử dụng 1 ñến 2 DCL……… ……….……… 103 Bảng 3.5.4: Tổng hợp kết quả tính toán NPV ñường dây 977 khi sử dụng 1 ñến 4 DCL……….… 105

DANH MỤC BIỂU ðỒ, ðỒ THỊ

Hình 1.4.1 : Lưới ñiện 3 pha trung tính máy biến áp nối ñất qua tổng trở …7

Hình 1.4.2: Lưới ñiện 3 pha và một dây trung tính……… ………… 8

Hình 1.5.1: Sơ ñồ lưới phân phối trên không hình tia……… … … 13

Hình 1.5.2: Sơ ñồ lưới phân phối mạch vòng kín……… …… 14

Hình 1.5.3: Cung cấp ñiện bằng 2 ñường dây song song………… … 15

Hình 1.5.4: Mạch liên nguồn……… … 15

Hình 1.5.5: Cung cấp ñiện thông qua trạm cắt… ……… 16

Hình 1.5.6: Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung… ………… … 16

Hình 1.5.7: Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện……… …… … 17

Hình 1.5.8: Sơ ñồ phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp cho phụ tải 1 pha 18

Hình 1.5.9: ðường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng ñường ñi.……… 18

Hình 2.1.1: ðồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t)……….………… …… 22

Hình 2.1.2: ðồ thị ñộ tin cậy ñược mô tả nhờ λ(t) 24

Hình 2.1.3: Hai trạng thái của phần tử: LV-làm việc, H-hỏng 25

Hình 2.1.4: Mức ñộ tin cậy hợp lý……… 33

Hình 2.4.1: Sơ ñồ tự ñộng ñóng nguồn dự phòng……… ……… … 40

Hình 2.5.1: Sơ ñồ tổng quát lưới ñiện hình tia………… ……… … 43

Hình 2.5.2: Lưới ñiện có 2 nguồn cung cấp ñiện…… …… …… … 55

Hình 2.6.1: Mô hình hệ thống máy biến áp……… …… 56

Hình 3.2.1 Giao diện chương trình tính toán ñộ tin cậy……… … 64

Hình 3.2.2: Giao diện nhập số liệu……… …… 64

Hình 3.2.3: Giao diện ñọc số liệu trước khi tính ñộ tin cậy……….… 65

Hình 3.2.4: Giao diện tính ñộ tin cậy……… …… 66

Hình 3.4.1: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dung 2 DCL……… …… 69

Hình 3.4.2: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dùng 1 DCL……… 70

Hình 3.4.3: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dùng 3 DCL……… 71

Hình 3.4.4: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dùng 4 DCL……… …… 72

Hình 3.4.5: Sơ ñồ ñường dây 371 khi dùng 5 DCL……… 74

Hình 3.4.6: ðồ thị quan hệ giữa ñiện năng mất và số DCL ñường dây 371 76

Hình 3.4.7: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 374 khi dùng 3 DCL……….… 77

Hình 3.4.8: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 374 khi dùng 1 DCL……… 78

Hình 3.4.9: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 374 khi dùng 2 DCL……… 79

Hình 3.4.10: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 374 khi dùng 4 DCL……… 81

Hình 3.4.11: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 374 khi dùng 5 DCL……… 82

Hình 3.4.12: ðồ thị quan hệ giữa ñiện năng mất và số DCL ñường dây 374 … 84

Hình 3.4.13: Sơ ñồ ñường dây 973 khi dùng 1 DCL………….……… 85

Hình 3.4.14: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 973 khi dùng 2 DCL……… 86

Hình 3.4.15: ðồ thị quan hệ giữa ñiện năng mất và số DCL ñường dây 973 …… 87

Hình 3.4.16: Sơ ñồ ñường dây 977 khi dùng 3 DCL……… …… 88

Hình 3.4.17: Sơ ñồ ñường dây 977 khi dùng 1 DCL……… 89

Hình 3.4.18: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 977 khi dùng 2 DCL……… .90

Hình 3.4.19: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 977 khi dùng 4 DCL……… 92

Hình 3.4.20: ðồ thị quan hệ giữa ñiện năng mất và số DCL ñường dây 977 … 93

Hình 3.5.1: Mối quan hệ giữa NPV và số DCL ñường dây 371………… 98

Hình 3.5.2: Mối quan hệ giữa NPV và số DCL ñường dây 374….……… 101

Hình 3.5.3: Mối quan hệ giữa NPV và số DCL ñường dây 973…….…… 103

Hình 3.5.4: Mối quan hệ giữa NPV và số DCL ñường dây 977………… 106

LỜI NÓI ðẦU

ðiện năng có vai trò hết sức quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa và phát triển kinh tế xã hội của ñất nước Do ñó ngành ñiện cần phải ñược phát triển mạnh ñể ñáp ứng ñược nhu cầu ngày càng cao về ñiện năng của ñất nước Việc giải quyết ñúng ñắn vấn ñề kinh tế - kỹ thuật từ thiết kế cũng như vận hành nhà máy ñiện, hệ thống ñiện và lưới ñiện phải ñặc biệt quan tâm một cách triệt ñể ðể ñảm bảo cho có ñược các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế ñộ làm việc bình thường cũng như xảy ra sự cố

Lưới ñiện phân phối thường có cấp ñiện áp là 6, 10, 22, 35 kV, phân phối cho các trạm phân phối trung áp, hạ áp và phụ tải trung áp Các hộ phụ tải nhận ñiện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong lưới ñiện và trạm biến áp phân phối ñều ảnh hưởng trực tiếp ñến các hộ tiêu thụ ðể nâng cao ñộ tin cậy và tính liên tục cung cấp ñiện cũng như dự phòng hợp

lý, luận văn tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tính toán ñộ tin cậy của lưới ñiện phân phối, từ các kết quả tính toán ñược ñưa ra các biện pháp giảm thiệt hại về kinh

tế và thời gian mất ñiện ñối với phụ tải

Phạm vi của ñề tài: Nghiên cứu và nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của

lưới phân phối ñiện Thành Phố Thái Bình

Mục ñích của ñề tài (các kết quả cần ñạt ñược):

Nêu cơ sở lý thuyết về lưới ñiện phân phối, các phương pháp phân tích ñộ tin cậy về lưới phân phối và áp dụng các phương pháp ñó vào lưới ñiện cụ thể của Thành Phố Thái Bình

Phương pháp nghiên cứu:

Nguyên cứu lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp nguyên cứu và tính toán ñộ tin cậy

Vận dụng kết quả nghiên cứu, xây dựng phương pháp tính toán ñộ tin cậy của lưới phân phối và áp dụng tính toán ñộ tin cậy của lưới ñiện phân phối Thành Phố Thái Bình

Nội dung của ñề tài:

Chương 1: Khái quát về lưới phân phối ñiện

Chương 2: Phương pháp giải tích ñộ tin cậy của lưới ñiện và trạm biến áp Chương 3: Áp dụng cho các lưới ñiện cụ thể Thành Phố Thái Bình

Trong luận văn này ñề cập ñến vấn ñề mang tính thực tiễn, các kết quả tính toán dựa trên cơ sở số liệu thống kê từ lưới ñiện thực tế, các giải pháp ñề ra dựa trên

cơ sở lý thuyết và thực tiễn, phù hợp với ñiều kiện kinh tế hiện nay ở các ðiện lực Thành Phố Thái Bình Thiết bị kỹ thuật sử dụng trong ñề tải này là những thiết bị có sẵn trên thị trường thiết bị ñiện Việt Nam

ðể hoàn thành luận văn ñược hoàn thành nhờ sự hướng dẫn, giúp ñỡ chỉ bảo tận tình của các Thầy, các Cô trong bộ môn Cung cấp ñiện Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, ñặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu ñáo của thầy PGS.TS Trần Bách thuộc Bộ môn Hệ Thống ðiện Trường ðại học Bách Khoa Hà Nội

Mặc dù ñã rất cố gắng, xong do hạn chế về trình ñộ, kiến thức, thời gian thực hiện nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, khiếm khuyết, em rất mong nhận ñược sự chỉ bảo, bổ xung của các Thầy, Cô

Em xin chân thành cảm ơn !

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Khái niệm về lưới phân phối ñiện

Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống ñiện Trong ñó hệ thống bao gồm các nhà máy ñiện, các trạm biến áp, các ñường dây truyền tải và phân phối ñiện ñược nối với nhau thành hệ thống

Hệ thống lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối ñiện năng từ các trạm trung gian ( hoặc trạm khu vực hay thanh cái nhà máy ñiện) cho các phụ tải ñảm bảo chất lượng ñiện năng và ñộ tin cậy cung cấp ñiện trong giới hạn cho phép Tuy nhiên do ñiều kiện kinh tế và kỹ thuật, ñộ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới ñiện phân phối

Lưới phân phối ñiện gồm 2 phần:

- Lưới phân phối trung áp: có tầm quan trọng ñặc biệt ñối với hệ thống ñiện

và có ñiện áp trung bình từ 6-35 kV Trong ñó ñiện áp thường sử dụng là 6, 10, 22,

35 kV, phân phối ñiện cho các trạm trung áp, hạ áp, phụ tải trung áp và lưới hạ áp cấp ñiện cho các phụ tải hạ áp

- Lưới phân phối hạ áp có cấp ñiện áp thấp (380/220 hay 220/110) ñưa ñiện năng tới hộ dùng ñiện

Lưới phân phối có chiều dài tương ñối lớn, ñường dây phân nhánh, hình tia hoặc mạch vòng cung cấp ñiện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, do ñó những nguyên nhân gây ảnh hưởng ñến quá trình truyền tải của lưới phân phối ñều liên quan trực tiếp cho các hộ tiêu thụ

Như vậy trong thiết kế và vận hành lưới phân phối cần phải ñưa ra các phương án sao cho ñảm bảo ñược chất lượng năng lượng và có dự phòng hợp lý khi xảy ra sự cố, nhằm giảm xác xuất xảy ra sự cố và những thiệt hại về kinh tế ñối với các hộ tiêu thụ

1.2 ðặc ñiểm và phân loại của lưới phân phối ñiện

1.2.1 Một số ñặc ñiểm của lưới phân phối

Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn ñến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống ñiện như:

- Trực tiếp cấp ñiện và ñảm bảo chất lượng ñiện năng cho phụ tải (chủ yếu là ñiện áp)

- Giữ vai trò rất quan trọng trong ñảm bảo ñộ tin cậy cung cấp ñiện cho phụ tải Mỗi một sự cố trên lưới phân phối trung áp ñều ảnh hưởng trực tiếp ñến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt ñộng kinh tế, xã hội

- Tỷ lệ ñiện năng bị mất (ñiện năng mất/tổng ñiện năng phân phối) do ngừng ñiện ñược thống kê như sau:

+ Do ngừng ñiện lưới 110kV trở lên : (0.1-0.3)x10-4

+ Do sự cố lưới ñiện trung áp : 4.5x10-4

+ Do ngừng ñiện kế hoạch lưới trung áp : 2.5x10-4

+ Do sự cố lưới ñiện hạ áp : 2.0x10-4

+ Do ngừng ñiện kế hoạch lưới hạ áp : 2.0x10-4

ðiện năng bị mất do sự cố và ngừng ñiện kế hoạch trong lưới phân phối chiếm 98% Ngừng ñiện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân trung áp có ảnh hưởng rất lớn ñến các hoạt ñộng kinh tế xã hội

- Chi phí ñầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ thống ñiện (35% cho nguồn ñiện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)

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

- Lưới phân phối gần với người sử dụng ñiện do ñó vấn ñề an toàn ñiện cũng rất quan trọng

1.2.2 Phân loại lưới ñiện phân phối trung áp

Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng:

- Theo ñối tượng và ñịa bàn phục vụ:

+ Lưới phân phối thành phố

+ Lưới phân phối nông thôn

+ Lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn ñiện:

+ Lưới phân phối trên không

+ Lưới phân phối cáp ngầm

- Theo cấu trúc hình dáng:

+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân ñoạn, không phân ñoạn

+ Lưới phân phối kín vận hành hở

+ Hệ thống phân phối ñiện

Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới ñiện phân phối nên lưới phân phối ñược quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành Các tiến bộ khoa học thường ñược áp dụng vào việc ñiều khiển vận hành lưới phân phối trung áp Sự quan tâm ñến lưới phân phối trung áp còn ñược thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các công trình nghiên cứu khoa học ñược công bố trên các tạp chí khoa học

1.2.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của lưới phân phối ñiện

ðể làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành lưới phân phối người ta ñưa ra các chỉ tiêu ñánh giá chất lượng lưới phân phối Chất lượng lưới phân phối ñược ñánh giá trên 3 mặt:

- Sự phục vụ ñối với khách hàng

- Ảnh hưởng tới môi trường

- Hiệu quả kinh tế ñối với cách doanh nghiệp cung cấp ñiện

Các tiêu chuẩn ñánh giá như sau:

- Chất lượng ñiện áp

- ðộ tin cậy cung cấp ñiện

- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải ñiện nhỏ nhất)

- ðộ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn)

- Ảnh hưởng ñến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng ñến ñường dây thông tin)

Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp ñến ñiện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới ñiện phân phối

1.3 Các phần tử trong lưới phân phối

Các phần tử của lưới ñiện phân phối bao gồm:

- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn ñiện: ðường dây ñiện (dây dẫn và phụ kiện)

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

áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơle, giảm dòng ngắn mạch…

- Thiết bị ñiều chỉnh ñiện áp: Thiết bị ñiều áp dưới tải, thiết bị thay ñổi ñầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị ñối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao

- Thiết bị ño lường: Công tơ ño ñiện năng tác dụng, ñiện năng phản kháng, ñồng hồ ño ñiện áp và dòng ñiện, thiết bị truyền thông tin ño lường

- Thiết bị giảm tổn thất ñiện năng: Tụ bù

- Thiết bị nâng cao ñộ tin cậy: Thiết bị tự ñộng ñóng lại, thiết bị tự ñóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân ñoạn, các khớp nối dễ tháo trên ñường dây, kháng ñiện hạn chế ngắn mạch,

- Thiết bị ñiều khiển từ xa hoặc tự ñộng: Máy tính ñiện tử, thiết bị ño xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị ñiều khiển xa, thiết bị thực hiện,

Mỗi phần tử trên lưới ñiện ñều có các thông số ñặc trưng (công suất, ñiện áp ñịnh mức, tiết diện dây dẫn, ñiện kháng, ñiện dung, dòng ñiện cho phép, tần số ñịnh mức, khả năng ñóng cắt, ) ñược chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật

Những phần tử có dòng công suất ñi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị ñóng cắt, máy biến dòng, tụ bù, ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp ñến thông

số chế ñộ (ñiện áp, dòng ñiện, công suất) nên ñược dùng ñể tính toán chế ñộ làm việc của lưới ñiện phân phối

Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc Một

số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống ñiều áp, tụ bù có ñiều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay ñổi trạng thái trong khi mang ñiện (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị ñiều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay ñổi khi cắt ñiện như: Dao cách ly, ñầu phân áp cố ñịnh Máy biến áp và ñường dây nhờ các máy cắt có thể thay ñổi trạng thái dưới tải

Nhờ các thiết bị phân ñoạn, ñường dây ñiện ñược chia thành nhiều phần tử của hệ thống ñiện

Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác Ví dụ tụ

bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp ñể giữ ñiện áp, một số phần tử lưới không làm việc

ñể lưới phân phối vận hành hở theo ñiều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất

1.4 Phương pháp phân phối ñiện trung áp và nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn

1.4.1 Phương pháp phân phối ñiện trung áp

Có 2 phương pháp phân phối ñiện trong lưới phân phối ñiện trung áp:

- Phương pháp dùng lưới ñiện 3 pha: ñiện năng ñược truyền tải bằng hệ thống

3 dây pha, máy biến áp trung áp có cuộn trung áp ñấu sao và trung tính nối ñất qua tổng trở Z, không có dây trung tính ñi theo lưới ñiện:

Hình 1.4.1 : Lưới ñiện 3 pha trung tính máy biến áp nối ñất qua tổng trở

- Phương pháp lưới ñiện 3 pha và 1 dây trung tính: là phương pháp truền tải

mà ngoài 3 dây pha ra còn có 1 dây trung tính ñi theo lưới ñiện, cứ khoảng 300m thực hiện nối ñất lặp lại

Trong lưới ñiện này, cuộn dây trung áp của máy biến áp nối sao và trung tính nối ñất trực tiếp

Hình 1.4.2: Lưới ñiện 3 pha và một dây trung tính

1.4.2 Nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn

1.4.2.1 Trung tính không nối ñất: Z = ∞

- Ưu ñiểm: Khi xẩy ra chạm ñất 1 pha mạng ñiện vẫn vận hành ñược trong 1

khoảng thời gian nhất ñịnh ñể tìm và khắc phục sự cố, do ñó ñộ tin cậy của mạng ñiện ñược nâng cao

+ Khi xảy ra chạm ñất 1 pha, ñiện áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá

áp và cộng hưởng nguy hiểm cho cách ñiện

- Phạm vi áp dụng: Thường dùng cho lưới phân phối 6, 10 kV còn lưới ñiện

áp từ (15-35kV) chỉ dùng nếu ñộ dài lưới ñiện ngắn

1.4.2.2 Trung tính nối ñất trực tiếp: Z = 0

- Nhược ñiểm:

+ Dòng ñiện ngắn mạch 1 pha có thể rất lớn, gây tác hại cho thiết bị trong trạm biến áp và ñường dây, tăng ñộ già hoá máy biến áp và cáp, gây ñiến áp cảm ứng lớn trên ñường dây bên cạnh và ñường dây ñiện thoại

+ ðộ tin cậy cung cấp ñiện giảm vì khi chạm ñất lưới ñiện bị cắt ra

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này ñược áp dùng cho lưới ñiện ở cấp ñiện áp (15-20 kV), nếu các tác hại khi xảy ra ngắn mạch 1 pha ñược hạn chế ở mức cho phép

1.4.2.3 Trung tính nối ñất qua tổng trở hay ñiện kháng: (Z=R; Z = R+jX)

- Ưu ñiểm: Hạn chế nhược ñiểm của phương pháp nối ñất trực tiếp khi dòng

ngắn mạch quá cao, dòng ngắn mạch ñược hạn chế trong khoảng (1000-1500A) Cho phép ñiều khiển dòng ngắn mạch pha-ñất một cách hợp lý

- Nhược ñiểm:

+ Gây quá ñiện áp trong lưới cao hơn nối ñất trực tiếp, ảnh hưởng ñến cách ñiện của các phần tử của lưới, do ñó cách ñiện phải cao hơn nên giá thành lưới ñiện tăng

+ Hệ thống nối ñất ñắt tiền và cần có sự bảo quản dịnh kỳ

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này phổ biến cho lưới ñiện 22 kV

- Hạn chế các nhược ñiểm, nối ñất thực hiện có hiệu quả khi:

43

U

và 1 ≤1,4

fdm

f U U

1.4.2.4 Phương pháp nối ñất qua cuộn dập hồ quang

Nối ñất qua cuộn dập hồ quang hay còn gọi là nối ñất cộng hưởng:

wC j jX

+ Khi chạm ñất ðiện áp các pha không bị sự cố lên quá ñiện áp dây

+ Sự cố cách ñiện có thể gây giao ñộng hồ quang ñiện, gây quá áp trên cách ñiện của các pha không bị sự cố

+ Cuộn dây hồ quang phải ñiều chỉnh ñược ñể thích nghi với cấu trúc vận hành thay ñổi của lưới

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

+ Áp dụng với lưới cáp không hiệu quả vì sự cố trong lưới ña số là do hư hỏng cách ñiện vĩnh cửu

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp thường áp dụng cho lưới 35kV, có dùng

cho lưới 22kV khi cần ñộ tin cậy cung cấp ñiện cao, là biện pháp chủ yếu trong tương lai

1.5 Sơ ñồ lưới ñiện phân phối

1.5.1 Phương án nối dây trong mạng ñiện phân phối

Sơ ñồ nối dây của mạng ñiện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây như sau: hình tia, phân nhánh, hoặc mạch vòng kín Việc sử dụng sơ

ñồ nối dây nào tùy thuộc vào mức ñộ yêu cầu ñộ tin cậy cung cấp ñiện cho mỗi một loại hộ phụ tải và tùy thuộc vào cấp ñiện áp mà sử dụng sơ ñồ cho phù hợp

- Sơ ñồ hình tia một lộ dùng nhiều nhất cho các mạng thắp sáng hoặc ñộng lực

ở ñiện áp thấp Các trạm 6, 10, 22, 35 kV cũng thường sử dụng sơ ñồ hình tia ñể cung cấp ñiện

- Sơ ñồ kiểu phân nhánh thường ñược dùng ở các ñường dây cung cấp ñiện cho một số phụ tải gần nhau

- Sơ ñồ mạch vòng kín ñược dùng nhiều ở các mạng trung áp trong thành phố

và các mạng ñiện phân xưởng với ñiện áp 6, 10, 22, 35 kV Những mạng ñiện này thường có cấu trúc mạch kín nhưng vận hành hở, khi sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần ñiểm sự cố nhất về phía nguồn, bảo vệ ñặt tại máy cắt ñầu nguồn sẽ tác ñộng cách mạch ñiện bị sự cố, sau khi cô lập ñoạn lưới bị sự cố, phần lưới còn lại sẽ ñược ñóng ñiện trở lại ñể tiếp tục vận hành cung cấp ñiện cho các hộ phụ tải Chỉ có ñoạn lưới bị sự cố là mất ñiện và mất cho ñến khi sự cố ñược sử lý xong

ðối với các hộ phụ tải quan trọng ñòi hỏi ñộ tin cậy cao phải có phương án dự phòng riêng cho ñường dây trung áp và hạ áp

1.5.2 Áp dụng các phương pháp nối dây trong lưới ñiện phân phối

Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của mạng ñiện phân phối phụ thuộc rất nhiều vào sơ ñồ nối ñiện của mạng Do ñó sơ ñồ phải ñược chọn sao cho có chi phí

là nhỏ nhất ñảm bảo ñộ tin cậy cung cấp ñiện cần thiết, ñảm bảo chất lượng ñiện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

Theo yêu cầu về ñộ tin cậy cung cấp ñiện, trong các loại sơ ñồ hình tia, phân nhánh hay mạch vòng kín nối trên, việc dùng sơ ñồ có dự phòng hay không phụ thuộc vào tính chất của hộ phụ tải:

- Phụ tải loại I: Phải ñược cung cấp ñiện từ 2 nguồn ñộc lập không ñược mất ñiện dù chỉ là tạm thời, nếu mất ñiện sẽ ảnh hưởng ñến chính trị, tính mạng con người, thiệt hại về kinh tế…do ñó thời gian ngừng cung cấp ñiện ñối với hộ phụ tải loại I chỉ cho phép bằng thời gian tự ñộng ñóng nguồn dự trữ

- Phụ tải loại II: có thể ñược cung cấp ñiện bằng 1 hay 2 nguồn phải dựa trên kết quả so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải ñầu tư thêm khi có ñặt thiết bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại do mất ñiện Các hộ phụ tải loại II cho phép ngừng cung cấp ñiện trong thời gian cần thiết ñể nhân viên vận hành ñóng nguồn dự trữ

- Phụ tải loại III: Chỉ cần 1 nguồn cung cấp ñiện là ñủ Cho phép mất ñiện trong 1 thời gian ñể sửa chữa sự cố, thay thế các phần tử hư hỏng của mạng ñiện nhưng không quá 1 ngày

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

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

1.5.2.1 Sơ ñồ nối ñiện phân phối trung áp trên không

Lưới ñiện phân phối trung áp trên không sử dụng ở mạng ñiện nông thôn thường không ñòi hỏi cao về ñộ tin cậy, không bị hạn chế về ñiều kiện an toàn và

mỹ quan như ở khu vực thành phố Mặt khác, mật ñộ phụ tải của mạng ñiện nông thôn không cao, phân tán, ñường dây khá dài, do ñó sử dụng lưới ñiện trên không sẽ giúp cho việc dễ dàng nối các dây dẫn, tìm hiểu sự cố và khắc phục sự cố không khó khăn như lưới phân phối cao áp

Phương pháp nối dây thường áp dụng theo sơ ñồ hình tia, các trạm biến áp phân phối ñược cung cấp ñiện từ thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian thông qua các ñường trục chính

Hình 1.5.1: Sơ ñồ lưới phân phối trên không hình tia

1 Máy cắt có tự ñộng ñóng lại, ñiều khiển từ xa

2 Máy cắt nhánh; 3 Dao cách ly

- Biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của sơ ñồ:

+ Các ñường trục chính ñược phân ñoạn bằng các thiết bị phân ñoạn như: Máy cắt, máy cắt có tự ñộng ñóng lại có thể tự ñộng cắt ra khi sự cố và ñiều khiển

từ xa

+ Các ñường trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể ñược nối liên thông ñể dự phòng khi bị sự cố, khi ngừng ñiện kế hoạch ñường trục hoặc trạm biến áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc ñược mở trong khi làm việc ñể vận hành hở

Lưu ý: các dây dẫn ñường trục phải ñược kiểm tra theo ñiều kiện sự cố ñể có thể tải ñiện dự phòng cho các trục khác khi bị sự cố

1.5.2.2 Sơ ñồ phân phối cáp trung áp

Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng ñiện thành phố do ñòi hỏi mức

ñộ tin cậy cao, mật ñộ phụ tải lớn, ñường dây ngắn, bị hạn chế về ñiều kiện an toàn

và mỹ quan ñô thị do ñó không ñược ñi dây trên không mà phải chôn xuống ñất tạo thành lưới phân phối cáp

Nhược ñiểm của lưới phân phối cáp là ñắt tiền, sơ ñồ phức tạp dẫn ñến việc tìm kiếm sự cố khó khăn, sửa chữa lâu và việc ñấu nối ñược hạn chế ñến mức tối ña

vì xác suất hỏng tại các chỗ nối là rất cao

a/ Sơ ñồ phân phối mạch vòng kín

Sơ ñồ phân phối mạch vòng kín cung cấp ñiện cho các trạm phân phối có một máy biến áp Các trạm phân phối ñược ñấu liên thông, mỗi máy biến áp ñều có hai dao cách ly ở hai phía và ñều có thể ñược cấp ñiện từ hai nguồn khác nhau lấy

từ hai phân ñoạn thanh cái hạ áp của máy biến áp trung gian, bình thường các máy biến áp ñược cấp ñiện từ một phía

Hình 1.5.2: Sơ ñồ lưới phân phối mạch vòng kín

Ký hiệu chỉ dao cách ly ñược mở ra ñể vận hành hở Ưu ñiểm của vận hành hở làm cho lưới ñiện rẻ hơn, ñộ tin cậy vẫn ñảm bảo yêu cầu Còn vận hành kín có lợi hơn về tổn thất ñiện năng nhưng ñòi hỏi cao hơn về hệ thống, về rơle và thiết bị ñóng cắt nếu muốn ñặt ñộ tin cậy

b/ Cung cấp bằng cả hai ñường dây song song

Hai ñường dây song song cung cấp ñiện cho các trạm biến áp phân phối Các ñường dây có thể ñược lấy ñiện từ hai mạch nguồn khác nhau ñể tạo thành mạch nguồn

Hình 1.5.3: Cung cấp ñiện bằng 2 ñường dây song song

c/ Mạch liên nguồn

Các trạm phân phối ñược cung cấp từ nhiều nguồn lấy ñiện từ thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian Trong chế ñộ làm việc bình thường ñược tách ra ñể vận hành hở mạch

Hình 1.5.4: Mạch liên nguồn

d/ Trạm phân phối ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt

Khi trạm biến áp trung gian ở xa trung tâm phụ tải thì mạng ñiện phân phối ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt Người ta sử dụng hai ñường dây liên lạc giữa trạm cắt và hai phân ñoạn thanh cái hạ áp của máy biến áp trung gian, sau ñó các ñường dây phân phối ñược cung cấp ñiện từ trạm cắt

Sơ ñồ này áp dụng cho cả lưới phân phối cáp và lưới phân phôi trên không

Hình 1.5.5: Cung cấp ñiện thông qua trạm cắt

Lưu ý: Trong các sơ ñồ ñã trình bày, tiết diện cáp phải ñược chọn có tính ñến

dự phòng cho toàn bộ mạch vòng

e/ Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung

Khi mật ñộ các trạm phân phối nhiều, ñể tiết kiệm vốn ñầu tư mà vẫn ñảm bảo ñược ñộ tin cậy có thể sử dụng sơ ñồ sau:

Hình 1.5.6: Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung

1 Thanh góp trạm biến áp trung gian

Dây dẫn của các ñường dây phân phối ñược chọn ñủ cho các trạm phân phối

mà nó cấp ñiện, vì ñã có ñường dây dự phòng chung cho tất cả các ñường dây phân phối

1.5.2.3 Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện

Hệ thống phân phối ñiện bao gồm nhiều trạm trung gian ñược nối liên thông với nhau bởi mạng lưới ñường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín Trong quá trình vận hành bình thường các mạch kín này ñược tách ra tại các ñiểm cắt của lưới ñể vận hành hở mạch thông qua các thiết bị phân ñoạn Các ñiểm cắt này ñược thay ñổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi ñồ thị phụ tải thay ñổi

ðể lựa chọn ñược sơ ñồ vận hành tối ưu nhất thường sử dụng tính toán trên máy tính ñiện tử từ các số liệu ñó ta ñặt trên các ñiểm kiểm tra của hệ thống phân phối ñiện Khi xảy ra sự cố, máy tính ñiện tử sẽ tính toán ñưa ra phương án vận hành thay thế tốt nhất Nhân viên vận hành thực hiện các sơ ñồ tối ưu ñó bằng các thiết bị ñiều khiển từ xa

Hình 1.5.7: Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện

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

:ñiểm tách lưới tạo thành mạch hở trong vận hành

Nếu không có thiết bị ñiều khiển và ño lường từ xa thì vẫn có thề vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm, bằng cách tính chọn sơ ñồ vận hành tối ưu cho khoảng thời gian trong ñó phụ tải gần giống nhau sau ñó thao tác các thiết bị phân ñoạn ñể thực hiện

1.5.2.4 Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp

Lưới phân phối hạ áp ñược cung cấp ñiện trực tiếp từ các máy biến áp phân phối ba pha Trung tính của hạ áp ñược nối ñất trực tiếp và dây trung tính ñi theo lưới ñiện tạo thành lưới phân phối hạ áp 3 pha 4 dây Cấu trúc lưới phân phối hạ áp

có thể ñược thực hiện bằng ñường dây trên không, hoặc dùng dây cáp vằn xoắn Tùy theo yêu cầu ñộ tin cậy của hộ phụ tải mà có thể sử dụng phương pháp có hay không nối dây dự phòng, có thể lấy ñiện từ 1 trạm phân phối hoặc từ 2 trạm phân phối khác nhau

ðường trục chính của lưới phân phối hạ áp có 4 dây (hình 1.10b), các nhánh rẽ

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

Hình 1.5.8: Sơ ñồ phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp cho phụ tải 1 pha

Lưới phân phối ở nông thôn, ñể tiết kiệm vốn ñầu tư người ta thường dùng ñường dây hạ áp có 5 dây: 3 dây pha cấp ñiện sinh hoạt, dây trung tính và 1 dây pha riêng phục vụ cho chiếu sáng ñường phố

Hình 1.5.9: ðường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng ñường ñi

1.6 Trạm biến áp phân phối

Các trạm biến áp phân phối thường chỉ có 1 máy biến áp và làm nhiệm cụ biến ñổi ñiện áp trung áp xuống hạ áp ñể cung cấp ñiện cho lưới ñiện phân phối hạ áp

- Phía cao thế ñóng cắt bằng cầu dao cao thế, bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì hoặc cầu chì tự rơi bảo vệ chống quá ñiện thế do sóng sét lan truyền từ ñường dây vào trạm dùng chống sét van

- Phía hạ áp ñóng cắt và bảo vệ bằng Aptomat

- ðể ño ñược các ñại lượng dùng các ñồng hồ ño như ñồng hồ ño dòng ñiện, ñiện áp, ñiện năng hữu công, vô công

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

ở thành phố

ðộ tin cậy cung cấp ñiện của các trạm biến áp phân phối không cao Thời gian sửa chữa, thay thế lớn, không ñáp ứng ñược nhu cậu cung cấp ñiện liên tục cho các phụ tải quan trọng

Chương 2: CÁC VẤN ðỀ CHUNG ðỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ðIỆN VÀ

TRẠM BIẾN ÁP

2.1 Tổng quan về ñộ tin cậy

2.1.1 Khái niệm chung về ñộ tin cậy

Trong các công việc cũng như trong các hệ thống ñộ tin cậy trở thành chỉ tiêu quan trọng ñể ñánh giá chất lượng

Lý thuyết ñộ tin cậy tồn tại và phát triển theo những hướng như sau:

- Nghiên cứu cơ sở toán học về ñộ tin cậy nhằm ñưa ra những quy luật và những tính toán ñịnh lượng về ñộ tin cậy ðây là hướng xuất phát ñể tạo nên khoa học về ñộ tin cậy

- Nghiên cứu thống kê về ñộ tin cậy: Nhằm thu thập, xử lý tín hiệu và ñưa ra những ñặc trưng thống kê về chỉ tiêu ñộ tin cậy Dựa trên tính chất ñám ñông của số liệu thống kê nhằm ñưa ra những yếu tố ảnh hưởng ñến những chỉ tiêu cơ bản về ñộ tin cậy

- Nghiên cứu bản chất vật lý về ñộ tin cậy: nhằm khảo sát nguyên nhân sự cố, hiện tượng già cỗi, ñiều kiện môi trường, ñộ bền vật liệu.v.v… ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau

- Ngoài ra, mỗi ngành kỹ thuật ñều xây dựng cho mình những cơ sở ứng dụng

về lý thuyết ñộ tin cậy, trong ñó sử dụng những phương pháp hiệu lực ñể tính toán cùng những biện pháp hợp lý nhằm nâng cao ñộ tin cậy

ðộ tin cậy bao gồm các vấn ñề về lý thuyết và thực tế nhằm nghiên cứu những nguyên nhân, quy luật của sự cố, những phương pháp tính toán và biện pháp nâng cao ñộ tin cậy Ngoài ra khi lựa chọn ñộ tin cậy của hệ phải qua tâm ñến yếu tố kinh

tế ñể ñạt ñược lời giải tối ưu tổng thể

Mô hình toán học ñánh giá ñịnh lượng ñộ tin cậy dựa trên nền tảng lý thuyết xác suất vì các sự cố xẩy ra với hệ là một sự kiện ngẫu nhiên, cũng như khoảng thời gian hệ làm việc, khoảng thời gian cần thiết ñể sửa chữa sự cố v.v… ñều là những ñại lượng ngẫu nhiên

ðộ tin cậy cung cấp ñiện là 1 chỉ tiêu chất lượng quan trọng của hệ thống ñiện

Mô tả ñánh giá và ñiều khiển hành vi ñó là một trong những nhiệm vụ chủ yếu khi thiết kế và ñiều khiển hệ thống ñiện

ðối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là ñại lượng thống kê,

do ñó ñộ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hay phần tử

ðối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống ñiện 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 ñó ñộ tin cậy ñược ño bởi ñại lượng thích hợp hơn, ñó là ñộ sẵn sàng

ðộ sẵn sàng là xác suất ñể hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời ñiểm bất kỳ

ðộ sẵn sàng cũng là xác suất ñể hệ thống ở trạng thái tốt trong thời ñiểm bất

kỳ và ñược tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt ñộng

Ngược lại với ñộ sẵn sàng là ñộ không sẵn sàng, nó là xác suất ñể hệ thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng

1 )

( lim

0

t t T t P t t

dt

t t

f

dFT T

) ( )

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

ra ở sau thời ñiểm t

So sánh (2.1) và (2.4) ta có:

Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 ñến 0 (Hình 2.1.1)

Hình 2.1.1: ðồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t)

Cường ñộ hỏng hóc λ(t)

Cường ñộ hỏng hóc ñược ñịnh nghĩa như sau: Với ∆t ñủ nhỏ thì chính là xác suất ñể phần tử ñã phục vụ ñến thời ñiểm λ(t).∆t sẽ hỏng trong khoảng tiếp theo

) ( 1

) ( )

(

) ( )

(

t

t t

R

t t

F

f f

T

T T

−

=

=

Công thức (2.6) cho quan hệ giữa các ñại lượng: Hàm phân bố, hàm mật ñộ,

ñộ tin cậy và cường ñộ hỏng hóc

Nếu lấy logarit của R(t) rồi ñạo hàm theo t, sẽ ñược

∫

= −

t

dt t

e t

)

) (

λ

Công thức (2.7) là công thức cơ bản cho phép tính ñược ñộ tin cậy của phần

tử khi biết cường ñộ hỏng hóc của nó, còn cường ñộ hỏng hóc ñược xác ñịnh nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử

Trong hệ thống ñiện thường sử dụng ñiều kiện ñầu:

λ(t) = λ = hằng số

Do ñó:

R(t) = e-λt ; FT(t) = 1 - e-λt ; fT(t) = λ.e-λt (2.8) Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình:

0

)

()

(.)

(

dt

t dR t dt t f

t T LV

- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: λ(t) là hàng số

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

Hình 2.1.2: ðồ thị ñộ tin cậy ñược mô tả nhờ λ(t)

ðối với các phần tử phục hồi như hệ thống ñiện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hóa, do ñó λ(t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡng ñịnh kỳ làm cho cường ñộ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình λtb

Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như λ(t) là hằng số và bằng λtb ñể tính toán ñộ tin cậy

2.1.1.2 Phần tử phục hồi

a Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi τ = 0

Trong thực tế, ñây là các phần tử hỏng ñược thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví dụ như MBA) Phần tử ñược xem như luôn ở trong trạng thái tốt ðại lượng ñặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:

Thông số của dòng hỏng hóc ω(t):

P t

( lim

0

ω (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t) (2.10)

So với ñịnh nghĩa λ(t), ở ñây không ñòi hỏi ñiều kiện phần tử phải làm việc tốt từ ñầu cho ñến t, mà chỉ cần thời ñiểm t nó ñang làm việc, ñiều kiện này luôn ñúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng nó ñược phục hồi tức thời

Tương tự như λ(t) ñại lượng ω(t).∆t là xác suất ñể hỏng hóc xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t)

Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc ω(t) là hằng số và bằng cường

ñộ hỏng hóc của phần tử: ω(t) = λ

Vì lý do này mà cường ựộ 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 τ

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng (Hình 2.1.3)

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

Hình 2.1.3: Hai trạng thái của phần tử: LV-làm việc, H-hỏng

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử ựược phục hồi như mới Ở ựây 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 FH(t) đó là

sự khác nhau cơ bản giữa phần tử không phục hồi và phần tử phục hồi (đối với phần tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian là ựủ) để ựánh giá về lượng ựộ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai ựại lượng Các ựại lượng và chỉ tiêu cần thiết ựể mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc ở thời ựiểm t (ở mỗi thời ựiểm 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 ựiểm t là Ph(t)

- Thông số dòng hỏng hóc:

P t

(

)

()

(

)()

()

(

t

t t LV

t X P

t t LV

t X P

LV t X H t t X P t t

P

q

LV H

≈

∆

−

ωω

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là τ

- Thời gian trung bình một chu kỳ làm việc-hỏng là: TCK = TLV + τ

T

LV LV

FT(t) = 1 - e-λt (phân bố xác suất của thời gian làm việc)

Fτ(t) = 1 - e-µt (phân bố xác suất của thời gian hỏng hóc)

Trong ñó

τ

µ = 1 là cường ñộ phục hồi, τ là thời gian hỏng hóc trung bình

Áp dụng quá trình Markov cho sơ ñồ (Hình 2.1.3), trong ñó λ và µ chính là cường ñộ chuyển trạng thái, sẽ tính ñược xác suất của trạng thái làm việc PLV(t) và xác suất trạng thái hỏng PH(t)

e

PLV(t) (λ µ)t

µλ

λµλ

+

+ +

=

PH(t) Q(t) (λ µ)t

µλ

λµλ

+

− +

=

=

Ở chế ñộ dừng (khi t = ∞), PLV(t) = PLV trở thành ñộ sẵn sàng A còn PH(t) = Q(t) = Q trở thành ñộ không sẵn sàng A của phần tử

τ µ

λ

µ

+

=+

τ λ τ

τ µ λ

λ

≈+

=+

=

=

LV

T A

Q (khi TLV >> τ, λ << µ) (2.12b)

Khi ñó:

LV LV

P

T 1 λ

τ µ

TCK = TLV + τ gọi là chu kỳ xảy ra hỏng hóc, ñó là thời gian trung bình giữa hai lần hỏng kế tiếp Công thức (2.13) cho mối quan hệ giữa thông số dòng hỏng hóc và cường ñộ hỏng hóc của các phần tử thực tế Tuy nhiên với hệ thống ñiện,

PLV thường có giá trị xấp xỉ 1, nên có thể coi gần ñúng ω ≈ λ

ðối với phần tử phục hồi thường thống kê ñược:

- Số lần hỏng λ trong một ñơn vị thời gian, từ ñó tính ra:

c Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng ñịnh kỳ

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

λðK: Cường ñộ xảy ra bảo dưỡng ñinh kỳ

µðK: Cường ñộ bảo dưỡng ñịnh kỳ

Ta thấy khi phần tử ñang bảo dưỡng ñịnh kỳ thì không thể xảy ra hỏng hóc, còn bảo dưỡng ñịnh kỳ không thể bắt ñầu khi phần tử ở trạng thái hỏng

Nếu giả thiết thêm rằng, thời gian giữa hai lần bảo dưỡng ñịnh kỳ TðK cũng tuân theo luật mũ, thì có thể tìm ñược xác suất trạng thái bằng mô hình markov Giả thiết này không ñúng thực tế, vì bảo dưỡng ñịnh kỳ ñược thực hiện theo kế hoạch tiền ñịnh, tuy nhiên mô hình vẫn cho kết quả khá gần thực tế và có thể rút ra từ ñó nhiều kết luận hữu ích

Ở chế ñộ xác lập (chế ñộ dừng t = ∞), ta có:

K K

K

K

D D

D

D T

P

λµµλµµ

µµ

++

=

K K

K

K

D D

D

D DK

P

λµµλµµ

λµ

++

=

K K

K

K

D D

D

D H

P

λµµλµµ

µλ

++

=

Ta xét PH, chia tử và mẫu cho số cho µðK:

K K

.

D D H

P

µ

λµλµ

λ

+ +

=

Trong thực tế

K K

λ

Ta thấy ñộ không sẵn sàng A ñúng cho cả trường hợp này

Tương tư với PH, PðK hay QðK là:

K K

K K

K

D D

D

D DK

µµ

λλµ

λ

≈ +

+

PðK còn gọi là hệ số bảo dưỡng ñịnh kỳ

Các biểu thức (2.14) và (2.15) cho phép tính ñược xác suất của trạng thái H

và bảo dưỡng ñịnh kỳ

2.1.2 Nguyên nhân mất ñiện

Như ñã giới thiệu ở phần trên, hệ thống ñiện là một hệ thống phức tạp, gồm nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ ñồ phức tạp Hệ thống ñiện thường nằm trên ñịa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn ñến ngừng cung cấp ñiện cho từng vùng hoặc toàn hệ thống Có thể chia thành 4 nhóm nguyên nhân gây mất ñiện như sau:

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

- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống ñiện:

+ Phần ñiện và phần máy:

Hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu