Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp phân tích độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối điện áp dụng phân tích độ tin cậy của lưới điện thị xã từ sơn tỉnh bắc ninh

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Nghiên cứu phương pháp phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân tích ñộ tin cậy của lưới ñi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
-

DƯƠNG VĂN NHUNG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN, ÁP DỤNG PHÂN TÍCH ðỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ðIỆN THỊ XÃ TỪ SƠN - TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hóa SXNN và nông thôn

Mã số: 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS - Trần Bách

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Tôi xin 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

Tác giả luận văn

Dương Văn Nhung

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Nghiên cứu phương pháp phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân

tích ñộ tin cậy của lưới ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh” ñã ñược hoàn

thành Trong thời gian thực hiện ñề tài, Tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS.TS Trần Bách

Bộ môn Hệ thống ñiện trường ðại học Bách Khoa Hà Nội ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Cung cấp và

sử dụng ñiện, khoa Cơ - ðiện, trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, các cán

bộ chi nhánh ñiện lực thị xã Từ Sơn, ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Dương Văn Nhung

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN 3

1.1 Tổng quan về lưới phân phối 3

1.1.1 Khái niệm về lưới phân phối ñiện 3

1.1.2 ðặc ñiểm và phân loại lưới phân phối 3

1.2 Các phần tử trong lưới phân phối 4

1.3 Phương pháp phân phối ñiện trung áp và nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 6

1.3.1 Phương pháp phân phối ñiện trung áp 6

1.3.2 Nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 7

1.4 Sơ ñồ lưới ñiện phân phối 9

1.4.1 Cấu trúc lưới ñiện phân phối 9

1.4.2 Sơ ñồ lưới ñiện phân phối trung áp trên không 11

1.4.3 Sơ ñồ phân phối cáp trung áp 13

1.4.4 Mạch liên nguồn 14

1.4.5 Mạng phân phối ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt 15

1.4.6 Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung 15

1.4.7 Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện 16

1.4.8 Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp 17

1.5 Trạm biến áp phân phối 18

1.6 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của lưới phân phối ñiện 18

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN 19

2.1 Tổng quan về ñộ tin cậy cung cấp ñiện 19

2.1.1 Khái niệm chung về ñộ tin cậy 19

2.1.2 ðộ tin cậy của hệ thống 19

2.1.3 ðộ tin cậy của phần tử 20

2.1.4 ðộ tin cậy hợp lý 29

2.1.5 Tổn thất kinh tế do mất ñiện và ảnh hưởng của ñộ tin cậy ñến cấu trúc của hệ thống ñiện 30

2.2 Chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy của lưới phân phối 31

2.2.1 Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI (System average 31

2.2.3 Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI 32

2.2.4 Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI 32

2.2.5 Tổng thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CTAIDI 32

2.2.6 ðộ sẳn sàng (không sẳn sàng) phục vụ trung bình, 33

2.2.7 Năng lượng không ñược cung cấp 33

2.2.8 ðiện năng trung bình không ñược cung cấp 33

2.2.9 Chỉ số mất ñiện khách hàng trung bình, ACCI 33

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

2.3.1 ðộ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới ñiện 34

2.3.2 Cấu trúc lưới ñiện 34

2.3.3 Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành 34

2.3.4 Ảnh hưởng môi trường 34

2.3.5 Yếu tố con người 34

2.4 ðặc ñiểm của lưới phân phối 34

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ðIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 36

3.1 Các phương pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện 36

3.1.1 Phương pháp ñồ thị giải tích 36

3.1.2 Phương pháp không gian trạng thái 44

3.1.3 Phương pháp cây hỏng hóc 44

3.1.4 Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo 49

3.2 Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện 54

3.2.1 Phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối một nguồn 54

3.2.2 Phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối hai nguồn 69

3.3 Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của trạm biến áp 70

3.3.1 Khái quát chung 70

3.3.2 Dự trữ và thay thế máy biến áp 71

3.4 Kết luận 75

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, ðÁNH GIÁ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN THỊ Xà TỪ SƠN – TỈNH BẮC NINH 76

4.1 Giới thiệu chung về lưới ñiện của thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh 76

4.2 Giao diện các chương trình tính toán ñộ tin cậy và giới thiệu chương trình 77

4.3 Phân tích, ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh 80

4.3.1 Tính toán ñộ tin cậy lộ 271 80

4.3.2 Tính toán ñộ tin cậy lộ 272 82

4.3.3 Tính toán ñộ tin cậy lộ 273 85

4.3.4 Tính toán ñộ tin cậy lộ 274 88

4.4 Các ñề xuất và giải pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh 92

4.4.1 Các ñề xuất nâng cao ñộ tin cậy 92

4.4.2 Giải pháp nâng cao ñộ tin cậy 95

4.5 Kết luận 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 99

MỞ ðẦU

Nhiệm vụ của hệ thống ñiện là sản xuất, truyền tải và phân phối ñiện năng ñến các hộ tiêu thụ, trong ñó phải ñảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng ñiện năng theo quy ñịnh và ñộ tin cậy cung cấp ñiện hợp lý ðộ tin cậy cung cấp ñiện cùng với chất lượng ñiện năng là hai chỉ tiêu quan trọng ñể ñánh giá về một hệ thống ñiện, mọi nghiên cứu tính toán kỹ thuật và công nghệ áp dụng cho một hệ thống ñiện ñều mục ñích ñảm bảo hai chỉ tiêu này Khi quy hoạch thiết kế và vận hành hệ thống ñiện, ñảm bảo hệ thống ñiện ñược phát triển tối

ưu và vận hành ñạt hiệu quả cao nhất

ðiện năng có vai trò rất quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá và phát triển kinh tế, xã hội của ñất nước Do ñó ngành ñiện phải ñược phát triển mạnh dể ñáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ñất nước, phụ tải ngày càng lớn lên quan trọng lên, do ñó phát triển thêm các nhà máy ñiện và hoàn thiện lưới ñiện ñang ñược tiến hành một cách nhanh chóng, cấp thiết, sao cho ñáp ứng ñược sự phát triển không ngừng theo thời gian của phụ tải và ngày càng ñòi hỏi cao về chất lượng ñiện năng và ñộ tin cậy cung cấp ñiện 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 có ñược các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế ñộ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố

Lưới ñiện phân phối thường có các cấp ñiện áp là: 6KV, 10KV, 22KV, 35KV phân phối cho các trạm phân phối trung áp, hạ áp và phụ tải trung áp Các hộ tiêu thụ nhận trực tiếp thong 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 chủ yến nghiên cứu tính

toán ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối từ ñó ñưa ra các biện pháp giảm thiệt hại về kinh tế và thời gian mất ñiện ñối với phụ tải

Tên ñề tài: Nghiên cứu phương pháp phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện thị xã

Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh

Phạm vi của ñề tài: Nghiên cứu phương pháp phân tích ñộ tin cậy cung cấp

ñiện của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện thị xã

Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh

Mục ñích của ñề tài: Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp

phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối và áp dụng các phương pháp vào lưới ñiện cụ thể của thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về lưới phân phối, các

phương pháp nghiên 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 phân phối thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh Trong phạm vi luận văn thực hiện các nội dung sau:

Chương 1: Khái quát về lưới phân phối ñiện

Chương 2: Khái quát về ñộ tin cậy cung cấp ñiện

Chương 3: Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện và trạm biến áp Chương 4: Phân tích, ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh

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 tỉnh Thiết bị kỹ thuật sử dụng trong ñề tải này là những thiết bị

có sẵn trên thị trường thiết bị ñiện Việt Nam

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN

1.1 Tổng quan về lưới phân phối

1.1.1 Khái niệm về lưới phân phối ñiện

Lưới phân phối ñiện là một bộ phận của hệ thống ñiện làm nhiệm vụ phân phối ñiện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy ñiện cấp ñiện cho phụ tải

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp ñiện cho 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 gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp Cấp ñiện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV Cấp ñiện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V

1.1.2 ðặc ñiểm và phân loại lưới phân phối

+ 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 phối 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

1.1.2.2 Phân loại lưới phân phối

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

1.2 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 rơ le, 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 mạng 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

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

1.3.1 Phương pháp phân phối ñiện trung áp

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

1.3.1.1 Phương pháp dùng lưới ñiện 3 pha

ðiện 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

1.3.1.2 Phương pháp lưới ñiện 3 pha một dây trung tính

Là phương pháp truyền tải ngoài ba dây pha còn có thêm một dây trung tính ñi theo lưới ñiện, cứ khoảng 300m thực hiện nối ñất lặp lại

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

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

1.3.2.1 Trung tính không nối ñất

- Ưu ñiểm: Khi xảy ra chạm ñất một pha mạng ñiện vẫn ñược vận hành trong một 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 một pha, ñiện áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá áp và cộng hưởng nguy hiểm cho cách ñiện

- Phạm vi ứng dụng: Thường dùng cho lưới phân phối 6KV, 10KV, còn lưới

có cấp ñiện áp từ 15KV÷35KV chỉ dùng nếu ñộ dài lưới ñiện ngắn

1.3.2.2 Trung tính nối ñất trực tiếp

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 dụng cho lưới ñiện ở cấp ñiện

áp 15KV÷20KV, nếu các tác hại khi xảy ra ngắn mạch một pha ñược hạn chế

ở mức ñộ cho phép

1.3.2.3 Trung tính nối ñất qua tổng trở hay ñiện kháng

- 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 ở mức hợp lý

- Nhược ñiểm:

+ Gây quá ñiện áp trong lưới cao hơn trường hợp nối ñất trực tiếp, ảnh hưởng ñến cách ñiện của các phần tử lưới ñiện, 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 ñịnh kỳ

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

1.3.2.4 Nối ñất qua cuộn dập hồ quang

- Ưu ñiểm:

+ Dập tắt nhanh hồ quang khi có chạm ñất một pha, dòng ñiện chạm ñất nhỏ

có khi triệt tiêu hoàn toàn

+ ðộ sụt áp khi chạm ñất một pha nhỏ

+ Hạn chế ảnh hưởng ñến ñường dây ñiện thoại

- Nhược ñiểm:

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

+ Sự cố cách ñiện có thể gây ra dao 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 vĩnh cửu cách ñiện

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp ñược áp dụng cho lưới 35KV Có thể dùng cho lưới 22KV khi cần ñộ tin cậy cung cấp cao, là biện pháp chủ yếu trong tương lai

1.4 Sơ ñồ lưới ñiện phân phối

1.4.1 Cấu trúc lưới ñiện phân phối

Lưới ñiện phân phối bao gồm:

- Các phần tử tạo thành lưới ñiện phân phối

- Sơ ñồ lưới ñiện phân phối

- Hệ thống ñiều khiển lưới ñiện phân phối

Cấu trúc lưới ñiện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành

- Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ ựồ lưới ựầy ựủ Muốn lưới ựiện có ựộ tin cậy cung cấp ựiện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ ựồ Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu ựể sửa chữa

Trong một chế ựộ vận hành nhất ựịnh chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là ựủ ựáp ứng nhu cầu, ta gọi phần ựó là cấu trúc vận hành Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới ựiện

Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các

sơ ựồ vận hành do người vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn ựiều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo ựiều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất)

Khi xảy ra sự cố, một phần tử ựang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành

sự cố bằng cách thay ựổi các trạng thái phần tử cần thiết Cấu trúc vận hành

sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường Trong chế ựộ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất ựiện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo ựộ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

Cấu trúc lưới ựiện phân phối có thể là:

- Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới ựiện phân phối không thể thay ựổi sơ ựồ vận hành Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng ựiện đó là lưới phân phối hình tia không phân ựoạn và hình tia phân ựoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

- Cấu trúc ựộng không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới ựiện phân phối có thể thay ựổi sơ ựồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt ựiện

đó là lưới ựiện phân phối có cấu trúc kắn vận hành hở

- Cấu trúc ựộng hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới ựiện phân phối có thể thay ựổi sơ ựồ vận hành ngay cả khi ựang làm việc, ựó là hệ thống phân phối ựiện

- Cấu trúc ựộng ựược áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về ựộ tin cậy cung cấp ựiện Ngoài ra cấu trúc ựộng cho phép vận hành kinh tế lưới ựiện phân phối, trong ựó cấu trúc ựộng không hoàn toàn và cấu trúc ựộng hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới ựiện theo mùa, khi ựồ thị phụ tải thay ựổi ựáng kể

Cấu trúc ựộng ở mức cao cho phép vận hành lưới ựiện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải ựược thiết kế sao cho có thể vận hành kắn trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ ựồ

Cấu trúc lưới ựiện phân phối có thể chia thành:

- Cấu trúc phát triển: đó là lưới phân phối cấp ựiện cho phụ tải ựang còn tăng trưởng theo thời gian và trong không gian Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ

ựồ của nó ựược chọn theo tình huống cụ thể và tắnh ựến sự phát triển trong tương lai

- Cấu trúc bão hoà: đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp ựiện cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian

đối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ ựồ thiết kế chuẩn, mẫu ựã ựược tắnh toán tối ưu Khi lưới phân phối bắt ựầu hoạt ựộng, có thể phụ tải của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế ựã tắnh cho phụ tải cuối cùng của trạng thái bão hoà Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận bão hoà

1.4.2 Sơ ựồ lưới ựiện phân phối trung áp trên không

Lưới ựiện phân phối trung áp trên không sử dụng ở mạng ựiện nông thôn thường không ựòi hỏi cao về ựộ tin cậy, không bị hạn chế về ựiều kiện an toàn

và mỹ quan như lưới phân phối ở khu vực thành phố Mặt khác, mật ựộ phụ tải của mạng ựiện nông thôn không cao, phân tán, ựường dây khá dài, do ựó

sử dụng lưới ựiện trên không sẽ giúp cho việc dễ dàng nối các dây dẫn, tìm ựiểm sự cố và khắc phục sự cố không khó khăn như lưới phân phối cáp

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

Trong sơ ñồ hình 1.3: 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 dây trục chính ñược phân ñoạn bằng các thiết bị phân ñoạn như: Máy cắt, máy cắt 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

1.4.3 Sơ ñồ phân phối cáp trung áp

Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng ñiện thành phố ñòi hỏi cao về

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

và mỹ quan ñô thị do ñó không ñược phép ñi dây trên không mà phải cho 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 ñiểm sự cố khó khăn, sửa chữa sự cố lâu và việc ñấu nối ñược hạn chế ñến mức tối ña vì xác suất hỏng các chỗ nối là rất cao

* 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 có thể ñược cấp ñiện từ hai nguồn khác nhau lấy từ hai phân ñoạn thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian, bình thường các máy biến áp ñược cấp ñiện từ một phía

Ưu ñiểm của vận hành hở làm 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 rơ le và thiết bị ñóng cắt muốn ñạt ñộ tin cậy

Phân ñoạn

1

Phân ñoạn

2

* Cung cấp bằng 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 trạm nguồn khác nhau ñể tạo thành mạch nguồn

1.4.4 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 Cung cấp ñiện bằng hai nguồn dây song song

TG I

TG II

1.4.5 Mạng phân phối ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt

- Khi trạm biến áp trung tâm 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 hai trạm cắt và hai phần ñoạn thanh cái hạ áp của trạm 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 phối trên không

1.4.6 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 1.7 Cung cấp ñiện thông qua trạm cắt

Hình 1.8 Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung

Trong sơ ñồ hình 1.8: 1 Thanh góp trạm biến áp trung gian

2 Trạm cắt

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

1.4.7 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 vòng kín này 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 ño xa 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

TG1, TG2, TG3, TG4: Thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian : ðiểm tách lưới tạo thành mạch hở trong vận hành

Nếu không có thiết bị ñiều khiển và ño lường từ xa thì vẫn có thể 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 sao ñó thao tác các thiết bị phân ñoạn ñể thực hiện

1.4.8 Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp

Lưới phân phối hạ áp ñược cung cấp trực tiếp từ các máy biến áp phân phối 3 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 thực hiện bằng ñường dây trên không hoặc dây cáp xoắn Tuỳ theo yêu cầu ñộ tin cậy của các hộ phụ tải mà có thể sử dụng phương pháp có hay không có dây dự phòng, có thể lấy từ cùng một trạm phân phối khác nhau:

ðường trục chính của lưới phân phối hạ áp có 4 dây ,các nhánh cấp ñiện cho phụ tải một pha có thể 3 dây ( 2dây pha, 1 dây trung tính ) hoặc 2 dây ( 1 dây pha, 1 dây trung tính )

2 dây pha, 1 dây trung tính 1 dây pha, 1 dây trung tính

Hình 1.11 Phương pháp cấp ñiện cho phụ tải 1

1.5 Trạm biến áp phân phối

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

Phía cao thế ñược ñóng cắt bằng cầu dao cao thế, bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì, bảo vệ chống quá ñiện áp do sấm sét lan truyền từ ñường dây vào trạm dùng chống sét van

Phía hạ áp ñóng cắt và bảo vệ bằng áp tô mát

ðể ño lường các ñại lượng dung các ñồng hồ ño: Dòng ñiện, ñiện áp, ñiện năng hữu công và ñiện năng 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 cầu cung cấp ñiện liên tục cho các phụ tải quan trọng

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

- Các chỉ tiêu chất lượng lưới phân phối:

Sự phục vụ ñối với khách hàng

Hiệu quả ñối với các doanh nghiệp ñiện

- Các chỉ tiêu ñánh giá:

Chất lượng ñiện áp

ðộ tin cậy cung cấp ñiện

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

ðộ an toàn dối với người và thiết bị

Ảnh hưởng tới môi trường (Cảnh quan, ảnh hưởng ñến ñường dây ñiện thoại)

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN

2.1 Tổng quan về ñộ tin cậy cung cấp ñiện

2.1.1 Khái niệm chung về ñộ tin cậy

ðộ tin cậy là xác suất ñể hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất ñịnh và trong ñiều kiện vận hành nhất ñịnh

Như vậy ñộ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất ñịnh và trong một hoàn cảnh nhất ñịnh

Mức ño ñộ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác ñịnh và xác suất này ñược gọi là ñộ tin cậy của hệ thống hay phần tử 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

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

2.1.2 ðộ tin cậy của hệ thống

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

- Do hoạt ñộng của hệ thống:

+ Do trạng thái của hệ thống: ðộ ổn ñịnh, tần số, ñiện áp, quá tải,

+ Do nhân viên vận hành hệ thống ñiện

- Các nguyên nhân khác: Do ñộng vật, cây cối, phương tiện vận tải, ñào ñất, hỏa hoạn, phá hoại

Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất ñiện trên diện rộng, một số sự cố nguy hiểm và lan rộng do lụt, bão, khi ñó các ñơn vị ñiện lực không ñủ người, phương tiện, máy móc, thiết bị ñể phục hồi nhanh lưới ñiện trên một vùng ñịa

lý rộng lớn và phức tạp

2.1.3 ðộ tin cậy của phần tử

ðộ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết ñịnh ñộ tin cậy của hệ thống Các khái niệm cơ bản về ñộ tin cậy của phần tử cũng ñúng cho hệ thống Do ñó nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về ñộ tin cậy của phần tử là ñiều rất cần thiết Ở ñây sẽ xét cụ thể ñộ tin cậy của phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi

2.1.3.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử phục hồi chỉ làm việc ñến phần hỏng ñầu tiên Thời gian làm việc của phần tử từ lúc bắt ñầu hoạt ñộng cho ñến khi hỏng hay còn gọi là thời gian phục vụ T là ñại lượng ngẫu nhiên, vì thời ñiểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không biết trước

Ta có hàm phân bố là FT(t) :

P (T ≤ t) là xác suất ựể phần tử làm việc từ thời ựiểm 0 ựến thời ựiểm t bất kỳ;

t là biến số đó cũng là xác suất ựể phần tử hỏng trước hoặc ựúng thời ựiểm t Hàm mật ựộ là fT(t) [3]:

) (

1 )

0

t t T t P t t

( ( ) (1.3)

dt

t t

f

dFT T

) ( )

( =

Hàm phân bố và hàm mật ựộ là hai ựặc trưng cơ bản của mỗi ựại lượng ngẫu nhiên Bây giờ ta xét các ựại lượng cơ bản khác ựặc trưng cho ựộ tin cậy của phần tử

* độ tin cậy R(t)

Theo ựịnh nghĩa ựộ tin cậy thì hàm tin cậy R(t) có dạng:

R(t) = P (T > t) (1.4)

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

ra ở sau thời ựiểm t

So sánh (1.1) và (1.4) ta có:

R(t) = 1 - FT(t) (1.5) Hàm tin cậy R(t) có tắnh chất biến thiên từ 1 ựến 0 (Hình 2.1)

* Cường ựộ hỏng hóc λ(t)

Cường ựộ hỏng hóc ựược ựịnh nghĩa như sau: Với ∆t ựủ nhỏ thì chắnh là xác suất ựể phần tử ựã phục vụ ựến thời ựiểm λ(t).∆t sẽ hỏng trong khoảng tiếp theo [3]

Hình 2.1

) ( 1

) ( )

(

) ( )

(

t

t t

R

t t

F

f f

T

T T

−

=

=

Công thức (1.6) 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 [3]

e t

)

) (

λ

Công thức (1.7) 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 (1.8) Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình:

0

).

( )

( ).

(

dt

t dR t dt t f

F(t) R(t)

1

=

TLV (1.9) Công thức (1.9) cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường ñộ hỏng hóc của các phần tử có luật phân bố mũ

Với phần tử không phục hồi, ñộ tin cậy ñược mô tả nhờ hoặc là λ(t) hoặc là R(t)

Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, λ(t) có dạng hình chậu (Hình 2.2a và Hình 2.2b), có thể chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:

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

- 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

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

2.1.3.2 Phần tử phục hồi

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

0

ω (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t) (1.10)

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 [3]

Vì lý do này mà cường ñộ 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 τττ

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

và trạng thái hỏng (Hình 2.3)

Nếu khởi ñầu 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

a)

b) Hình 2.3: 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

( 1lim]

Áp dụng cho cường ñộ chuyển trạng thái và thông số dòng hỏng hóc ta ñược:

(

).

( )

(

) ( )

( ).

(

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

≈

∆

−

ω ω

Hay: ω(t) = qLV-H(t).PLV(t) (1.11)

- 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 CK

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 2.3), 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

µ λ

λ µ λ

+

+ +

=

e

PH(t) Q(t) (λ µ)t

µ λ

λ µ λ

+

− +

=

=

Ở ñây λ và µ chính là cường ñộ chuyển trạng thái của phần tử vì mỗi hỏng hóc hoặc phục hồi làm phần tử chuyển trạng thái

Thông số dòng hỏng hóc ω(t) theo công thức (1.11) là:

e P

µ λ µ λ

=

=

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

τµ

λ

µ

+

=+

τλτ

τµλ

λ

≈+

=+

=

=

LV

T A

Q (khi TLV >> τ, λ << µ) (1.12b) Khi ñó:

LV LV

P

τµ

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 (1.13) 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 sự cố

Nếu giả thiết thời gian bảo dưỡng ñịnh kỳ τðK cũng tuân theo luật mũ thì có thể áp dụng mô hình trên (Hình 2.4) Trong ñó có ba trạng thái:

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

λ µ µ λ µ µ

µ µ

+ +

=

K

.

λ µ

+ +

K K

K

K

.

.

.

D D

D

D H

P

λ µ µ λ µ µ

µ λ

+ +

=

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

K K

.

D D H

P

µ

λ µ λ µ

λ

+ +

=

Trong thực tế

K K

λ ñều nhỏ hơn 1 nhiều, do ñó:

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

K D . D

D D

D

D DK

µ µ

λ λ µ

+ +

PðK còn gọi là hệ số bảo dưỡng ñịnh kỳ

Các biểu thức (1.14) và (1.15) cho phép tính ñược xác suất của trạng thái H và bảo dưỡng ñịnh kỳ

2.1.4 ðộ tin cậy hợp lý

Ngành ñiện ñược mong ñợi ñược cung cấp ñiện liên tục, có chất lượng cho khách hàng với giá cả hợp lý bằng việc sử dụng hệ thống và trang bị sẵn có một cách kinh tế Cung cấp liên tục ñược hiểu là cung cấp ñiện một cách chắc chắn, an toàn cho con người và thiết bị với chất lượng ñiện năng ñiện áp và tần số danh ñịnh trong giới hạn cho phép ðể dịch vụ bảo trì chắc chắn tới khách hàng ngành ñiện phải có dư công nhân ñể ngăn chặn các sự cố ở các bộ phận mất ñiện của khách hàng gây ra hỏng hàng hoá, dịch vụ và tổn thất kinh

tế ðể tính toán giá của ñộ tin cậy, thiệt hại do sự cố phải xác ñịnh ñược rõ Giá ñộ tin cậy ñược sử dụng ñể xem xét và ñánh giá tỷ tệ tăng trưởng của nó Phân tích kinh tế ñộ tin cậy của hệ thống có thể là công cụ kế hoạch hữu ích

trong quyết ñịnh chỉ tiêu tài chính ñể cải thiện ñộ tin cậy bằng cách cung cấp vốn ñầu tư thêm vào hệ thống

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

2.1.5.1 Tổn thất kinh tế do mất ñiện

ðiện năng là ñộng lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân, việc mất ñiện sẽ gây ra hậu quả cho xã hội và nền kinh tế

- Theo hậu quả mất ñiện phụ tải ñược chia làm hai loại:

+ Loại phụ tải mà khi mất ñiện gây ra mang tính xã hội – chính trị: Cần ñược cấp ñiện với ñộ tin cậy cao nhất có thể

+ Loại phụ tải mà khi mất ñiện gây ra các hậu quả kinh tế: Bài toán kinh tế kỹ thuật trên cơ sở cân nhắc giữa vốn ñầu tư vào hệ thống ñiện và tổn thất kinh tế

do mất ñiện

- Hai khái niệm về tổn thất kinh tế do mất ñiện:

+ Tổn thất kinh tế mà các cơ sở sản xuất kinh doanh phải chịu khi mất ñiện ñột ngột (sản phẩm bị hỏng, sản xuất bị ngừng trệ) hay theo kế hoạch (tổn thất nhỏ do cơ sở sản xuất ñã ñược chuẩn bị)

+ Tổn thất kinh tế nhìn từ quan ñiểm hệ thống: ðược tính toán từ tổn thất thật

ở phụ tải nhằm phục vụ công việc thiết kế, quy hoạch hệ thống ñiện sao cho thoả mãn nhu cầu về ñộ tin cậy của phụ tải và ñảm bảo hiệu quả kinh tế của

hệ thống ñiện

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

- Cấu trúc nguồn ñiện: ðộ dự trữ công suất, các tổ máy dự trữ lạnh…

- Cấu trúc lưới ñiện: Mạch vòng kín, nhiều lộ song song, trạm nhiều máy biến

áp, sơ ñồ trạm và máy ñiện phức tạp…

- Cấu trúc hệ thống ñiều khiển: Thiết bị bảo vệ, thiết bị chống sự cố, hệ thống thống tin, hệ thống ñiều khiển tự ñộng, phương thức vận hành…

- Cấu trúc hệ thống quản lý: Hệ thống sẵn sàng can thiệp sự cố, dự trữ thiết bị, phương tiện ñi lại, tổ chức sửa chữa sự cố, bảo dưỡng ñịnh kỳ…

2.2 Chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy của lưới phân phối

Các chỉ tiêu ñộ tin cậy lưới ñiện phân phối ñược ñánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ bản, ñó là cường ñộ mất ñiện trung bình λ (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất ñiện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất ñiện hàng năm trung bình T của phụ tải

Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết ñịnh 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 ñại diện một cách toàn diện ñể thể hiện ñộ tin cậy của hệ thống Chẳng hạn các chỉ tiêu trên ñược ñánh giá không thể hiện ñược tương ứng với 1 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại ñiểm ñánh giá là 10kW hay 10MW ðể ñánh giá ñược một cách toàn diện về sự mất ñiện của hệ thống, người ta còn ñánh giá thêm các chỉ tiêu sau:

2.2.1 Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI (System average

interruption frequency index):

Tổng số lần mất ñiện của khách hàng ∑λi NiSAIFI = =

Tổng số khách hàng ñược phục vụ ∑Ni

Ở ñây λi là cường ñộ mất ñiện và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i Chỉ tiêu này xác ñịnh số lần mất ñiện trung bình của một khách hàng trong một năm

2.2.2 Tần suất mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIFI (Customer

average interruption frequency index):

2.2.3 Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI (System average

interruption duration index):

Tổng số thời gian mất ñiện của khách hàng ∑Ti Ni

2.2.4 Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI (Customer

average interruption duration index):

Tổng số thời gian mất ñiện của khách hàng ∑Ti Ni

2.2.5 Tổng thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CTAIDI

(Customer total average interruption duration index)

Tổng số thời gian mất ñiện của khách hàng ∑Ti Ni

Tổng số khách hàng bị mất ñiện ∑Ni

Ở ñây Ti là thời gian mất ñiện trung bình hàng năm và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i

Chỉ tiêu này xác ñịnh tổng thời gian mất ñiện trung bình của một khách hàng trong một năm

2.2.6 ðộ sẳn sàng (không sẳn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI)

(Average service availability (unavailability) index):

Số giờ khách hàng ñược cung cấp ñiện ASAI =

Số giờ khách hàng cần cung cấp ñiện ∑Ni x 8760 - ∑Ti Ni

=

∑Ni x 8760 ASUI = 1- ASAI = ( ∑Ti Ni )/ ( ∑Ni x 8760 ) Chỉ tiêu này xác ñịnh mức ñộ sẳn sàng hay ñộ tin cậy (không sẳn sàng) của

hệ thống

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

ENS = Tổng số ñiện năng không ñược cung cấp bởi hệ thống = ∑Pi Ti

Ở ñây Pi là tải trung bình ñược nối vào nút tải thứ i

Chỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất ñối với hệ thống trong một năm

2.2.8 ðiện năng trung bình không ñược cung cấp, AENS hay mất ñiện hệ

thống trung bình (Average Energy not supplied index):

Tổng ñiện năng không cung cấp ñược ∑Pi Ti

Tổng số khách hàng ñược phục vụ ∑NiChỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất trung bình ñối với một khách hàng trong một năm

2.2.9 Chỉ số mất ñiện khách hàng trung bình, ACCI (Average customer

curtailment index)

Tổng số ñiện năng không cung cấp ñược ACCI =

Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng

Chỉ tiêu này xác ñịnh sản lượng ñiện bị mất trung bình ñối với một khách hàng bị ảnh hưởng trong một năm

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

2.3.1 ðộ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới ñiện

- Chất lượng của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp ñến cường ñộ hỏng hóc của lưới phân phối, thời gian phục hồi

- Sửa chữa, duy tu bảo dưởng, trung ñại tu thiết bị trong vận hành

- Ngừng ñiện ñể thao tác ñóng cắt, cải tạo, phát triển lưới ñiện

2.3.2 Cấu trúc lưới ñiện

Sơ ñồ cấu trúc lưới ñiện có ý nghĩa rất lớn ñối với ñộ tin cậy của lưới ñiện, ảnh hưởng ñến khả năng thay ñổi sơ ñồ kết dây và dự phòng

- Sự ghép nối giữa các phần tử trong lưới ñiện, hình dáng lưới ñiện

- Khả năng thao tác và ñổi nối trong sơ ñồ (tự ñộng hoặc bằng tay)

2.3.3 Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành

- Tổ chức và bố trí các ñơn vị cơ ñộng can thiệp khi sự cố

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

- Dự trữ thiết bị, dự trữ nguồn

- Cấu trúc và hoạt ñộng của hệ thống ñiều khiển vận hành

- Sách lược bảo quản ñịnh kỳ thiết bị

2.3.4 Ảnh hưởng môi trường

- Phụ tải ñiện

- Yếu tố thời tiết, khí hậu, nhiệt ñộ và ñộ ô nhiễm của môi trường

2.3.5 Yếu tố con người

- Trình ñộ của nhân viên quản lý vận hành

- Yếu tố kỹ thuật, tự ñộng hoá vận hành…

2.4 ðặc ñiểm của lưới phân phối

- Có nhiều phần tử, các phần tử ña dạng, có nhiều trạng thái làm việc và có thể phục hồi

- Mối liên hệ giữa các phần tử phức tạp