VÀ LƯÓI TRUYỀN TẢI
9. ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN
9.1 KHÁI NIỆM CHUNG
9.1.1 Nguyên nhân gây ra mất điện và thiệt hại do mất điện
Mất điện nghĩa là một bộ phận hộ dùng điện nào đó bị ngừng cungcấpđiện trong mộtthời gian nhất định.
Có hai nguyên nhân gây ra mất điện:
1. Mất điện do hỏng hóc đột nhiên các thiết bị trên lưới điện do các nguyên nhân bên trongthiết bị điện (sự già hoá tích luỹ) hoặc bên ngoài (như quá điện áp khí quyên, ngắn mạch, đứt dày, đổcột do động vật, gió bão. thao tác sai...). Các hỏng hócđó gọi chung làcác sự cố. Sự cố làm máycắt phía nguồn cắt điện. Bộ phận phụ tái trênvà sau đoạn lưới sựcốsẽ bị mất điện cho đến khi sửa chữa song sự cố. Các phụ tái ớ trướcđoạn lưới sựcố về phía nguồn sẽ mất điện ngắn hơn, sau khi cô lập đoạn lưới sự cớchúng sẽ đượccấp điện trớlại,mấtđiện loại này xảy ra ngẫu nhiên không biết trước.
2. Mất điện do ngừng điện chủ động theo kế hoạch của cơquan quản lý điện (sở điện) đê hoặc báo quản định kỳ hoặc không định kỳ lưới điện hoặc thực hịên các công tác cần thiết cho xâydựng, phát triển lưới điện (thay máy biến thế mới, thay dày dẫn, đóng phụ tái mới, trạm pp mới...). Phụ tái sẽ mất điện được báo trước trongthời gian thực hiện thaotáccô lậpphấn tử được đưa ra sửa chữa hoặc trong thời gian công tác trên lưới.
Mất điện gây racácthiệt hại như sau:
I- Thiệt hại về chính trị-xã hội : Cản trởcác sinh hoạt chính trị đang diễn ra, làm thiệt hại tài sàn, tính mạng nhân dân, cản trở sinh hoạt bình thường của số đông nhân dân... Vídụ mất điện bệnh viện, hệ thốngcấp nước, thang máy, thông gió tầu điện ngầm...
2- Thiệt hại kinh tê’: gây tổn thất kinh tê' tínhbằng tiền cho cáchộtiêu thụ sửdụng điện trong hoạt động kinh doanh. Các tổn thất đó là do: Sản phẩm bị hỏng, thiếtbị sán xuất bị hòng, quá trình sán xuất bị ngừngtrệ (hàng hoá khôngra được mà vẫn phái trá lương...). Các thiệt hại này phụ thuộctính chất của hộ tiêu thụ điện,số lần mấtđiện và thời gian mất điện...
HTĐ cố gắng đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, đánh giá bằng số lần mất điện và thời gian mất điện trung bình trong một năm, ở mức xã hội chấp nhận được, bởi vì để nâng cao độ tin cậy đòi hỏi chi phí vốn rất lớn. Để đạt được mục đích này phải định ra giá tổn thất kinh tế trung bình do mất 1 kWh điện năng, gọi tắt là giá mất điện, giá nàythê hiện tươngquan giữa lợi ích của ngành điện và các hộ dùng điên. Tất nhiên là nó phải căn cứ trên thiệt hại thực tếcủa các hộ dùng điện khi xảy ra mất điện. Giámất điện được sử dụng trongthiết kế, quy hoạch lưới điện.
Giá mất điện được lập cho từng loại phụ tải: phụ tải dân dụng, phụ tải doanh nghiệpcác loại,chotừng nguyên nhân mất điện: mấtđiện theokế hoạch hoặc mất điện sựcố, vàcho từngcấpcủa hệ thống điện: cấp lưới phân phối, cấplưới truyền tải và cấp hệ thốngđiện.Giá mất điện còn có thể được lậptheo thời gian mất điện đê lựa chọn cáchệ thống tự động trong hệ thốngđiện.
Giá mất điện cấphệ thống điệnphụ thuộc độ sâu mấtđiện, vì lượng điện năng thiếu đầu tiên được phân bốcho các phụ tải có mức tốn thất kinh tếthấp nhất,sau đó mới cắt điện các hộ có mức tổnthất cao hơn, tóm lại ở mức hệ thống cho phép cắt điện chọnlọc. Ở cấp lưới truyền tải cho phépcắtchọn lọc ở mứcthấp hơn còn ở lưới phân phối ở mức tự động hoá hiện nay chưacho phép cắtđiện chọn lọc do đó giá 1 kWh mất điện làhằng số.
Giá mất điênở cấp thấp hơnđắthơnở cấp cao.
Giá mấtđiệncòn phụ thuộc thờigian sửdụng nó, càng xa trong tương lai giá càng cao hơn.
Bảng 9.1 Bảng giá mất điện ở Canada, $/kWh Độ kéo dài
mất điện
Hộ tiêu thụ lớn
Ngành Nông
nghiệp
Dân Công nghiệp Thương mại dụng
1 phút 0.073 0.460 0.129 0.027 0.0004
20 phút 0.111 1.332 1.014 0.155 0.044
1 giờ 0.163 2.990 2.951 0.245 0.234
4 giờ 0.291 8.899 10.922 1.027 2.235
8 giờ 0.604 18.156 28.020 2.134 6.778
Vài ví dụ:
- Ở Australia sửdụng bảnggiá mất điệnnhư sau (theo tiền Australia)[24]:
Phụtải dân dụng: 0,5 $/kWh- ngừng điện kế hoạch, 1,5 $/kWh- ngừng điện sựcố.
Phụ tảidoanh nghiệp bình thường : 2,5 $/kWh - ngừng điện kế hoạch, 7,5 $/kWh- ngừng điện sự cố.
Phụtải doanh nghiệp nhậy cảm : 5 $/kWh- ngừng điện kếhoạch, 15 $/kWh - ngừng điện sự cố.
Pháp sử dụng giá như sau [23] : năm 1988 giá mất điện ở lưới phân phối là:
14,50 F/kWh chung, không phân theo loại phụ tải. Ớ lưới truyền tải có 2 cấp giá, nếu công suất mất nhỏ hơn 8% thì giá là 7,25 F/kWh, còn cao hơn 8% thì giá là
14,5 F/kWh.
- Ở Canada sử dụngbảnggiá như trongbảng 9.1 cho quy hoạch, thiết kếhệ thống.
9.1.2 Ảnh hưỏng của độ tin cậy đến cấu trúc của lưới điện và hệ thống điện
Độ tin cây là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của HTĐ cũng tức là đến giá thành của HTĐ.
Để bảo đảm độ tin cậy cho phép ở cấp nguồn điện phải có công suất dự trữ trên 10% công suất đặt của hê thống. Lưới hệ thống phải khép kín và vận hành kín.
Lưới truyền tải phải có 2 đường dây độc lập đến một trạm trung gian, trạm trung gian phải có 2 MBA nếu là trạm độc lập. Lưới phân phối phải là lưới kín nhưng vận hành hở, có phân đoạn bằng các máy cắt điều khiển từ xa được. Các phần tử của lưới điện phải có độ dư thừa khả năng tải khá lớn.
Đê’ vận hành hệ thớng điện bảo đảm độ tin cây cao phải sử dụng nhiểu loại thiết bị bảo vệ, tự động hoá và thiết bị điều khiển tự động bằng máy tính điên tử.
Sự tăng trưởng của mức sống cũng như sự phát triển của sản xuất đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cào. Cách đáp úng hiệu quả nhất là áp dụng các tiến bộ khoa học để cải tiến cấu trúc và vận hành lưới điên, trước hết là các thiết bị đo xa, điều khiển xa được điều khiển bởi các máy tính điện tử.
Tự động hoá lưới điện cho phép:
- Cắt nhanh và hạn chế sự lan rộng của sự cố, - Phát hiên và cô lập nhanh khu vực lưới bị sự cố,
- Cắt chọn lọc phụ tải khi xảy ra sự cô' ở mọi cấp điên áp,
- Nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho các phụ tải không nằm trên đoạn lưới sự cố,
- Khôi phục nhanh chóng hoạt động của lưới điện sau khi sửa chữa xong sự cố, - Tiên liệu khả năng sự cố để phòng ngừa,
- Chọn sơ đồ vận hành an toàn nhất có thể.
Trong vân hành phải tổ chức hợp lý việc bảo quản định kỳ thiết bị điên, tổ chức hợp lý công tác trên lưới điên, dự trữ tối ưu thiết bị thầy thê' và tổ chức sửa chữa sự cô' tốt nhất, đặc biệt là sửa chữa dưới tải (sửa chữa nóng).
Mặt khác phải không ngừng cải tiến công nghệ để chế tạo được các thiết bị ngày càng có độ tin cậy cao.
9.1.3 Độtin cậy của các phẩntửcủa lưới điện
Các phần tử của lưới điện như là : đường dây điên, máy biến áp, bộ tụ bù, thiết bị đóng cắt, thanh góp... mẩ độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ tin cậy của lưới điện.
Ở mục này ta xét riêng độ tin cậy của các phần tử.
Các phần tử của lưới điện trong vận hành đều có thể bị hỏng hóc bất ngờ. Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc X(t)- đó là sô' lần mất điện trung bình trong 1 năm (1/năm) và thời gian trung hình sửa chữa 1 hỏng hóc (sự cố) Th[h] (gọi tắt là thời gian phục hồi).
Với phần lớn các phần tử của lưới điện trong giai đoạn hoạt động bình thường, cường đô hỏng hóc tăng theo thời gian do sự già hóa trong quá trình vân hành. Để giữ cho các phần tử luôn ở trạng thái tốt phải tiến hành bảo quản định kỳ.
Quá trình bảo quản định kỳ được đặc trưng hởi cường độđược hảo quảnđịnh kỳ XB(t) và thời gian 1 lần hảo quản định kỳ TB(t).
Sau khi bảo quản, X(t) của phần tử được phục hồi,trở về vị trí như lúc bắt đầu vận hành. Như vậy, nhờ có bảo quản định kỳ cường độ hỏng hóc X(t) của phần tử dao đông quanh giá trị trung bình nào đó. Trong nghiên cứu độ tin cây của lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian người ta dùng giá trị trung bình của X = const. X là số lần hỏng hóc trung bình của phần tử trong 1 năm. Thực ra thì X thay đổi theo mùa trong năm, trong mùa mưa thì X lớn hơn nhiều so với mùa khô, trong một sô' bài toán phải tính đến thực tê' này như : bài toán lập kê' hoạch vận hành, dự trữ thiết bị...
Đối với mỗi đường dây truyền tải hoặc mỗi trục của lưới điện trung áp (cấp điên cho một nhóm trạm phân phối), trong một năm còn phải cắt điện một sô' lần (Xcl) để phục vụ các công trình như cắt đường dây đê’ bảo quản, đóng thêm trạm hoặc đường đây mới... gọi chung là cắt điên công tác.
Ngừng điện bảo quản và ngừng điện công tác đều được báo trước cho phụ tải đê’
giảm đêh mức tối đa tổn thất kinh tế.
Vì các thời điểm xảy ra hỏng hóc là ngẫu nhiên không biết trước, nên thời gian giữa hailần hòng hóckê'tiếp, còn gọi là thời gian làmviệc tốt T|V là đại lượng ngẫu nhiên tuân theo luật phân bô' mũ với hàm phân bố:
Frlv=\-e~^ (9.1)
đó chính là xác suất để thời gian làm việc tốt nhỏ hơn thời gian t cho trước, Tlv < t, hay nói cách khác đó là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong khoảng từ 0 đến t.
Tương ứng với hàm phân bô' là hàm mật độ:
fT=x.e-X = ^L (9.2)
dt
Nếu phần tử bắt đầu làm việc từ thời điểm t = 0 thì xác suất để phần tử làm việc tốt trong thời gian t cho trước (hay là hỏng hóc xảy ra trong thời gian lớn hơn t, sẽ là:
R(t) =1-FT|V= e’Xl (9.3)
(bởi vì trong khoảng thời gian từ0đến co : hỏng hóc chắc chắn sẽxảy ra).
HàmR(t)dượcgọilà độtincậycủaphần tứ.
Giữathời gian làm việc tốtT|V và cườngđộ hỏng hóc X của phẩntử có quanhệ sau:
T|V= 1/Ầ (9.4)
Thời gian sửa chữasự cô'Th cũng được xem là đại lượngngẫu nhiêncó phân bố mũ với cường độ sửa chữa :
g= 1/Th (9.5)
Thời gian ngừngđiện bảo quản và ngừng điện công tác được gọi chung là ngừng diệnkế hoạch, đặctrưngbới sô' lần ngừng điện kê'hoạch trung bình năm A.k và thời gian trung bình 1 lán ngừngđiệnTk.
Các phần tử của lưới điên và bản thân lưới điện cótính chất phục hồi, tức là khi phần tử bị hỏng nóđược sửa chữa tạichổ hoặc thay thế bằng phần tử dựtrữ, sau đó lại tiếp tụcvânhành.
Đê’ thể hiệnđặc tính này cần sửdụng một đại lượng mới đó là dộ sẵn sàng A được định nghĩanhư sau:
A = T|v- - T|V +Th
(9.6) Độ sẵn sàng chínhlàxác suất để phần tử (hoặc lưới điện)ởtrạng thái tốt, sẵn sàng phụcvụtrong thờiđiểm bất kỳt.
Thờigiantương đối (với cơ sở là năm) phẩn tử(hoặc lướiđiện) ở trạng thái hỏng là xác suấttrạng thái hỏng:
8760 (9.7)
Thời giantương đối phần tử ở trạng tháiở trạng thái ngừng điện bảo quản,công tác vàkê'hoạch là:
Các bảng9.2 đến 9.4 choví dụ về các đặc tính độ tin cậy của các phần tửcủa lưới điện [9].
^n.Tn QbQ= 8760
- ^ci-Tct
Ụct 8760
Q =
8760
(9.8) (9.9) (9.10)
Bảng 9.2 Cường độ hỏng hóc và ngừng điện kế hoạch Phần tử
Điện áp [kV]
500 220 110 35 6-10 <1
Đường dây trên không
- lộ đơn 0,4/10 0,6/13 1,1/15 1,4/9 4/10 20/12
- lộ kép (sự cố 1 lộ) 0,5 0.9 1.1
- lộ kép (sự cố cả 2 lộ) 0.1 0,2 0.3
Cáp 1,5 3
Máy biến áp các loại 0,04/6,3 0,02/6,3 0,02/6,3 0,01/6,3 0,05/6,3
Ghi chú : Sô' trên : cường độ hỏng hóc I l/năm|, số dưới : cường độ ngỉmg điện kế hoạch I l/năm|. đơn vị cứa dường dây là 100 km.
Bàng 9.3 Thời gian phục hồi sự cố trung bình, h Phần tử
Điện áp [kV]
500 220 110 35 6-10 <1
Đường dây trên không
- lộ đơn 15 11 10 9 11 5
- lộ kép (sự cố 1 lộ) 1,7 3,5 7
- lộ kép (sự cố cả 2 lộ) 35 26 22
Cáp 13 26,8
Máy biến áp các loại
- không dự trữ 2628 700 525 394
- có dự trữ 219 175 87 61
Bàng 9.4 Thời gian ngừng điện kế hoạch năm, h Phần tử
Điện áp [kV]
500 220 110 35 6-10 <1
Đường dây trên không Cáp
Máy biến áp các loại
105 87,6
61 74
44 66
35 53
30 18
-
Thời gian thao tác, đổi nối : 1,7 - 3,4 h.
9.1.4 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện
Trong nghiên cứu độ tin cây của lưới điện thườngdùng cácchỉ tiêu độ tin cây chính sau:
- Sốlần ngừng điệntrung bình cho 1 phụ tải trong 1 nãm.
- Thời gian ngừng điện trung bình cho 1 phụ tải trong 1 năm.
- Điện năng mất do ngừng điện.
- Tổn thất kinh tế do mất điên.
Trong các hoàn cảnh cụ thể còn sử dụng các chỉ tiêu khác.
Các chỉ tiêu nói trên đều là các đại lượng có tính chất xác suất,vì thê' nó gắn liền với các sô' liêu thống kê về độ tin cậy của lưới điện.
9.1.5 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện, các biện pháp nâng cao độ tin cậy
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến đô tin cây của lưới điên là:
1- Độ tin cậy của các phần tử tạo thành lưới điện.
2- Cấu trúc lưới điên (gồm sơ đồ lưới điên và thiết bị lực, thiết bị bảo vê, thiết bị và hệ thống đo lường, thông tin và điều khiển).
3- Hệ thống quản lý.
4- Trình độ của nhân viên quản lý và vân hành.
5- Yếu tô' môi trường như phụ tải, thời tiết, khí hậu.
Muốn nâng cao độ tin cậy phải tác động vào các yếu tô' trên.
- Sản xuất các thiết bị chất lượng cao, các thiết bị không phải bảo quản định kỳ, có trí khôn...
- Tổ chức tốt cấu trúc lưới điên, sơ đồ lưới điên có dự phòng cao có khả năng điều khiển linh hoạt từ xa hoặc tự động.
- Tổ chức tốt hệ thống quy hoạch, điều khiển vân hành và hệ thống quản lý. Trong quy hoạh phải chọn được cấu trúc tối ưu của lưới điên, không phải chỉ đơn thuần lựa chọn sơ đổ và các thiết bị lực mà phải lựa chọn cả hê thống điều khiển, phải tiên liêu tiến bộ khoa học kỹ thuật vận dụng nó vào việc xây dựng cấu trúc của lưới điên trong tương lai. Trong vận hành phải sử lý nhanh nhất khi sự cố : tìm kiếm và cô lập nhanh sự cố, thay thê' và sửa chữa nhanh phần tử sự cố, rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng bảo quản thiết bị, dự trữ tối ưu vật tư...
- Không ngừng nâng cao tay nghề của nhân viên vân hành và tạo điều kiên để họ làm việc tốt để tránh sai sót trong điều khiển vân hành.
- Dự báo chính xác phụ tải và thời tiết để có các biên pháp vân hành thích ứng giảm nguy cơ sự cố, mất điên.
Độ tin cây là bài toán tối ưu có nghĩa là sẽ có mức tin cây hợp lý dung hoà các yếu tô' liên quan đến độ tin cây như vốn đầu tư cho lưới điện, tổn thất do mất điện...
9.2 ĐỘ TIN CẬYCỦA LƯỚI TRUYỀNTẢI
9.2.1 Độ tin cậycủa đường dây đơn
Xét đường dây đơn trên hình 9.1.
MC1 ĐD
MBA MC2
Phụ tải Pt
Hình 9.1
Phụ tải có thể mất điệntrong hai trường hợp:
ỉ. Ngừng điện để bảo quảnđịnh kỳ.
2. Sự cố mộttrongcác phần tử của đường dây.
Ta xéttừng trường hợp một:
a-Bảoquản định kỳ
Bảoquản địnhkỳ đượcthực hiện đồng thời trên tất cảcác phần tử của đường dây. Cường độ ngừng điện bảo quản (CĐNĐBQ) ẦNĐBQ và thời gian bảoquản trung bìnhTbcủa đường dây phụ thuộcvào cường độ ngừng điện bảo quản và thời gian bảoquản của từng phần tử của nó và được tính như sau:
Từkếhoạch bảoquản của từng phần tử ta xác định chu kỳbảo quản Tđki của chúng.
Sau đó xác định bội sô' chung nhỏ nhất của các Tdki làTĐK,đây là chu kỳ bảoquản chung của đường đây, trongcác khoảng thời gianđómỗi phần tửđều có sốlầnbảo quản không đổi. Trong mỗi năm t bất kỳ, nếu có ít nhất 1 phần tửphải bảoquản định kỳ thìxem như toàn đường dây phải bảoquản. Nếu tổng sô' lần bảo quản của đường dây trong chukỳ TĐK là mthì cường độ ngừng điện bảo quảnÀNĐBQ là:
Thời gian 1 lần bảo quản của đường dâyTBi làthời gian bảoquản củaphần tử có thời gian bảo quản lớn nhất. Thời gian bảo quản trung bình của đường dây sau đó tính như sau:
TB=^-YT (9.12)
m Ví dụ ỉ:
Kế hoạch bảo quản của từngphần tử của đường dây 220 kVtrên hình9.1 như sau: