Với mục tiêu đánh giá, phân tích độ hỏng hóc sự cố của XT 479HXU từ “Bộchỉ số” thể hiện thiệt hại mất điện thông qua sơ đồ mô phỏng ETAP:SAIFI chỉ số tần suất ngừng cung cấp điện trung
TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BỘ CHỈ SỐ CUNG CẤP ĐIỆN
Hệ thống điện
Hệ thống cung cấp điện: Tổ chức các thiết bị và khí cụ điện liên kết với nhau với chức năng cung cấp năng lượn điện cho các hộ tiêu thụ điện
Hệ tiêu thụ điện: Là nhà máy công nghiệp, các tổ chức, các xưởng sản xuất, khu vực xây dựng, toà nhà, căn hộ, nhà các thiết bị tiêu thụ điện kết nối với lưới điện và sử dụng năng lượng điện.
Thiết bị tiêu thụ điện: Là phần điện của thiết bị công nghiệp, có chức năng biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác: cơ năng, nhiệt năng, quang năng và hoá năng.
Trạm biến áp: Tổ hợp các thiết bị điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng điện cấp điện áp này thành năng lượng điện cấp điện áp khác từ máy biến áp, bao gồm trạm tăng áp, trạm giảm áp… Đường dây dẫn điện: Hệ thống dây dẫn hay cáp có nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện
Trạm phân phối: Có chức năng tiếp nhận và phân phối năng lượng điện.
Thiết bị bù công suất phản kháng: Cung cấp công suất phản khác có tính dung cho lưới điện.
Tổng quan về lưới phân phối
Nguồn cấp điện chính cho lưới phân phối ( LPP) hiện nay là từ các thanh cái phía hạ áp của các trạm 110kV Ngoài ra trong lưới phân phối còn có các nguồn điện được huy động hoặc dự phòng thích hợp các trạm phát Diesel hoặc các trạm phát thuỷ điện nhỏ tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống điện, tính toán kinh tế hoặc tình trạng vận hành thực tế Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, các phụ tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong một hộ phụ tải và hệ số đồng thới thấp.
Lưới phân phối gồm hai phần: Lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Các dạng sơ đồ cơ bản: Mạng hình tia và Mạch vòng( thường vận hành ở chế độ vận hành hở).
Hình 1.1 Mô hình hệ thống điện
Các chế độ vận hành của thiết bị trong lưới phân phối: Bình thường, không bình thường và sự cố.
Các hiện tượng sự cố thường gặp trên lưới phân phối là: Gãy cột, đứt dây, vỡ sứ, phóng điện, hồ quang điện, ngắn mạch, mạch bảo vệ không hoạt động… Khi lưới phân phối bị sự cố phát triển làm tổn hại đến người và thiết bị, phải nhanh chóng khôi phục điện cho khách hàng( đặc biệt là những phụ tải quan trọng) và đảm bảo chất lượng điện năng( tần số, điện áp).
Chất lượng lưới phân phối
Yêu cầu đặt ra khi thiết kế, vận hành lưới điện phân phối là làm thể nào để cung cấp năng lượng điện đến khách hàng liên tục, chất lượng và đảm bảo tính hợp lý nhất về kinh tế của hệ thống và thiết bị Các yêu cầu đó thể hiện trong các tiêu chuẩn cụ thể sau: Tiêu chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn độ tin cậy, tiêu chuẩn tổn thất điện năng, tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ.
Trong vận hành lưới phân phối được đánh giá thường xuyên dựa trên tính toán các chỉ tiêu chất lượng Từ đó thực hiện các biện pháp làm tăng chất lượng làm việc của lưới phân phối hoặc kịp thời sửa chữa cải tạo lưới sao cho các chỉ tiêu chất lượng không vượt ra khỏi giá trị cho phép Các tiêu chuẩn chất lượng còn dùng để đánh giá hiệu quả của hệ thống quản lý vận hành lưới phân phối như tổ chức sửa chữa định kỳ,bảo quản thiết bị, khắc phục sự cố, dự trữ thiết bị…
Độ tin cậy lưới điện phân phối
Để đánh giá độ tin cậy trong LPP, người ta thường tính toán các chỉ tiêu tần suất ngừng cung cấp điện và độ không sẵn sàng cho cả ở cấp trung thế và hạ thế.
Hình 1.3 Mô hình LPP vòng
Mạng phân phối thường vận hành hình tia, do đó khi một phần tử bị cắt ra dẫn đến ngừng cung cấp điện cho phụ tải Để nhận biết tần suất ngừng cung cấp điện, người ta chỉ tính tổng cường độ hỏng hóc của tất cả các phần tử nối tiếp từ điểm nút cung cấp điến nút phụ tải. Đối với mạng vận hành song song, vòng hoặc lưới thì việc tính toán tần suất ngừng cung cấp điện khó khăn hơn nhiều.
Do độ tin cậy của hệ thống nguồn phát và truyền tải ảnh hưởng lớn đến an toàn vận hành của hệ thống điện nên luôn được nhiều sự quan tâm và đầu tư hơn so với độ tin cậy của LPP Tuy nhiên, độ tin cậy của LPP lại ảnh hưởng trực tiếp đến việc cung cấp điện cho khách hàng chính là mục đích cuối cùng của việc kinh doanh điện năng. Bảng thống kê thời gian ngừng cấp điện cho một phụ tải do các nguyên nhân khác nhau cho thấy mức độ ảnh hưởng của độ tin cậy LPP đến việc độ tin cậy cung cấp điện.
Theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam độ tin cậy được đánh giá thông qua chỉ tiêu suất sự cố SSC, được phân loại theo chỉ tiêu suất sự cố thoáng qua và vĩnh cửu đối với các loại sự cố đường dây và trạm biến áp Sự cố thoáng qua được quy định khi thời gian ngừng cấp điện do sự cố không quá 20 phút Sự cố vĩnh cửu được quy định khi thời gian ngừng cấp điện do sự cố từ 20 phút trở lên Các chỉ tiêu suất sự cố trên là không tính đến các sự cố do ảnh hưởng của các cơn bão lớn, các đợt lũ lụt trên địa bàn.
Tuy nhiên, việc đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối theo một chỉ tiêu duy nhất là cường độ mất điện trung bình suất sự cố như trên chỉ mới xem xét mức độ hư hỏng của các phần tử cấu thành nên lưới điện phân phối chứ chưa xét đến ảnh hưởng của việc cô lập các phần tử này đến việc ngừng cấp điện của hệ thống, chưa đánh giá được đầy đủ mức độ thiệt hại ngừng cấp điện từ góc độ người cung cấp cũng như người sử dung dịch vụ Dẫn đến không đánh giá được toàn diện độ tin cậy của lưới điện, không phản ánh được độ tin cậy cung cấp điện Từ đó khó có thể đưa ra một chính sách hoặc kế hoạch đầu tư nâng cao độ tin cậy của lưới điện một cách thích hợp, hài hòa lợi ích giữa ngành Điện và khách hàng nhằm đem lại lợi ích cao nhất cho toàn xã hội.
Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối thông qua các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366: Luật về lưới điện phân phối của Philipin; Luật về lưới điện phân phối của Úc; Các nước như Mỹ, Thái Lan, Malaysia v.v đều sử dụng các tiêu chuẩn này. Ở nước ta, Bộ Công Thương đã ban hành Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày30/7/2010 quy định hệ thống điện phân phối Các chỉ tiêu vận hành lưới phân phối theo thông tư này cũng sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366.Hàng năm, Tập đoàn Điện lực Việt Nam có trách nhiệm tổng hợp các tính toán độ tin cậy cho năm tiếp theo cho các Đơn vị phân phối điện để trình Cục Điều Tiết Điện Lực xem xét, phê duyệt Trên cơ sở các chỉ tiêu độ tin cậy lưới phân phối do Cục Điều Tiết Điện Lực phê duyệt cho từng đơn vị phân phối, các đơn vị phân phối tính toán giá phân phối điện cho đơn vị mình Thông tư này có hiệu lực từ ngày 15/9/2010 và trong thời hạn 2 năm, đối với các khu vực lưới điện phân phối chưa đáp ứng các tiêu chuẩn quy định tại thông tư này phải có trách nhiệm đầu từ, nâng cấp lưới điện để đáp ứng
Ngừng cung cấp điện
Sự mất điện cho một hoặc nhiều hộ tiêu thụ hay các khu vực khác nhau là hậu quả của sự cắt một hay nhiều phần tử, phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống.
Ngừng cung cấp điện cưỡng bức: Sự mất điện bắt buộc.
Ngừng cung cấp điện theo định kỳ: Sự mất điện theo lịch trình.
Ngừng cung cấp điện trong giây lát: Là khoảng thời gian giới hạn đòi hỏi phải phục hồi cấp điện bằng tự động hay được điều khiển có giám sát hoặc đóng cắt bằng tay (các thao tác này thường thực hiện trong vài phút ).
Ngừng cấp điện tạm thời: Là khoảng thời gian giới hạn đòi hỏi phải phục hồi cấp điện bằng tay (các thao tác này thường thực hiện trong khoảng 1-2 giờ ).
Ngừng cấp điện kéo dài liên tục: Ngừng cung cấp điện không được mô tả như ngừng cung cấp điện trong giây lát và cắt điện tạm thời.
Quan hệ giữa các phần tử, hệ thống và khách hàng trong lĩnh vực đánh giá độ tin cậy được mô tả bằng sơ đồ khối.
Hình 1.4 Sơ đồ khối đánh giá độ tin cậy
* Thiệt hại ngừng cung cấp điện
Thiệt hại ngừng cung cấp điện phải được xác định đầy đủ bao gồm:
- Về phía công ty điện lực, các thiệt hại bao gồm:
+ Mất lợi nhuận tương ứng với phần điện năng bị mất( không bán được) do khách hàng bị ngừng cấp điện.
+ Tăng chi phí do phải sửa chữa các hư hỏng lưới điện và chi phí bồi thường cho khách hàng nếu việc ngừng điện do lỗi chủ quan.
+ Sự phàn nàn của khách hàng, ảnh hưởng bất lợi đến kinh doanh trong tương lai và phản ứng của dư luận xã hội.
- Thiệt hại ngừng cung cấp điện đối với khách hàng phụ thuộc rất nhiều yếu tố liên quan:
+ Mức độ hiện đại của thiết bị công nghệ.
+ Thời gian duy trì ngừng điện, thời điểm xảy ra ngừng điện, có hay không có thông báo ngừng cấp điện.
Một số nước qui định mức đền bù thiệt hại cho khách hàng bị mất điện hay giá mất điện cho từng loại phụ tải, giá mất điện do dự cố, giá mất điện theo kế hoạch…. Tại Việt Nam chưa có quy định về giá mất điện trong việc mua bán điện giữa ngành điện và khách hàng sử dụng điện Thiệt hại ngừng cung cấp điện khách hàng là cơ sở rất quan trọng trong việc hoạch định chính sách về độ tin cậy của các cơ quan quản lý Nhà nước về điện (Cục Điều Tiết Điện Lực) Khi các công ty điện lực đang từng bước được cổ phần hoá, hoạt động theo các quy định ràng buộc định lượng về độ tin cậy cung cấp điện thì thiệt hại ngừng cung cấp điện khách hàng là vấn đề đáng quan tâm để đảm bảo hiệu quả về kinh tế trong việc đầu tư.
Tổng quan về các phương pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện
Tuỳ theo mục đích và phạm vi nghiên cứu, để tính toán độ tin cậy của hệ thống điện nói chung và độ tin cậy cung cấp điện nói riêng mà người ta đã đưa ra các phương pháp khác nhau Có thể phân loại các phương pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện đó như sau:
1.6.1 Phương pháp không gian trạng thái
Trong phương pháp này, hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và các khả năng chuyển đổi giữa các trạng thái đó Trạng thái hệ thống được diễn tả là tổ hợp các trạng thái của các phần tử Mỗi tổ hợp trạng thái phần tử diễn tả cho một trạng thái hệ thống Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau, chẳng hạn tốt hay hỏng.
Sự thay đổi trạng thái của các phần tử sẽ thay đổi trạng thái của hệ thống.
1.6.2 Phương pháp đồ thị - giải tích
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng các phương pháp giải tích, lý thuyết xác suất thống kê, tập hợp để tính toán.
Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích sự ảnh hưởng của hư hỏng các phần tử đã biết đến hư hỏng hệ thống Sơ đồ độ tin cậy bao gồm các nút và các nhánh Nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối liền nút nguồn và nút tải của sơ đồ Có thể gồm nhiều đường nối từ nguồn đến nút tải, mỗi đường gồm nhiều nhánh nối tiếp Trạng thái hoạt động của hệ thống là trạng thái có ít nhất một đường nối từ nguồn đến nút tải Khi nút tải và nguồn bị tách rời do hỏng học các phần tử thì hệ thống ở trạng thái hỏng.
Trên cơ sở phân tích sơ đồ độ tin cậy và tính toán giải tích, tính được các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống.
1.6.3 Phương pháp cây hỏng hóc
Phương pháp cây hỏng hóc mô tả bằng đồ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm đại số Boole Cơ sở cuối cùng để tính toán là các hỏng hóc cơ bản của các phần tử.
Phương pháp cây hỏng hóc cũng mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mảng của hệ thống một cách rõ nét, giữa các hỏng hóc cơ bản và hỏng hóc đỉnh mà ta đang khảo sát.
Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với bài toán độ tin cậy của nhà máy điện, sơ đồ bảo vệ, điều khiển
Qua đây ta thấy nhìn chung các phương pháp tính toán độ tin cậy của hệ thống điện phức tạp đều có những ưu, nhược điểm riêng của nó, do đó việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ thuộc vào nhiệm vụ và yêu cầu do bài toán đặt ra Hơn nữa, trong những điều kiện cụ thể người nghiên cứu luôn luôn phải vận dụng và phát triển phương pháp ở mức độ nhất định trước khi áp dụng tính toán cho sơ đồ thực tế.
Phương pháp Monte Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống điện như một quá trình ngẫu nhiên Nó tạo ra lịch sử hoạt động của phần tử và hệ thống một cách nhân tạo trên máy tính điện tử, sau đó sử dụng các phương pháp đánh giá thống kê để phân tích, đánh giá và rút ra các kết luận ĐTC của các phần tử và hệ thống điện.
Phương pháp này cho phép xét đến tác động vận hành tới các chỉ tiêu ĐTC, tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là cần nhiều thời gian, khối lượng tính toán lớn.
Phương pháp Monte Carlo chủ yếu dùng để đánh giá độ tin cậy nguồn điện xét đến đặc trưng xác suất dòng chảy ở các nhà máy thủy điện.
1.6.5 Phương pháp dựa vào số liệu lịch sử
Là quá trình thu thập các số liệu mất điện, từ đó tính toán các chỉ số độ tin cậy và dùng những chỉ số này để đánh giá những nguyên nhân gây ra mất điện, so sánh chỉ số độ tin cậy của các năm, so sánh từng nguyên nhân dẫn đến sự mất điện Cuối cùng kết quả tính toán độ tin cậy sẽ được ứng dụng để lập kế hoạch, điều hành và duy trì hệ thống phân phối.
Phương pháp đánh giá dựa vào dữ liệu lịch sử liên quan đến việc thu thập, phân tích các số liệu mất điện của hệ thống và khách hàng Điều đó rất cần thiết cho các công ty điện lực để đo lường mức độ phân phối và hiệu suất của hệ thống, xác định các chỉ số thực hiện để giúp đánh giá chức năng cơ bản của việc cung cấp điện Dữ liệu lịch sử rất hữu ích để phân tích những gì đã xảy ra trong quá khứ và được xem là số liệu đầu vào để dự đoán độ tin cậy trong tương lai Mỗi một lần mất điện được đưa vào xem xét phân tích các nguyên nhân hỏng hóc, thời gian và khu vực bị ảnh hưởng.
Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện
Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kỳ dưới các điều kiện vận hành đã được thử nghiệm. Độ tin cậy cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng Một hệ thống cung cấp điện, mặc dù có các chỉ tiêu về tần số, điện áp…được đảm bảo, nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì xẽ gây ra những thiệt hại to lớn về kinh tế - xã hội Chính vì vậy vấn đề độ tin cậy cung cấp điện cần phải được quan tâm đúng mức trong thiết kế cũng như vận hành và cần phải tìm được cách để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngày càng tốt hơn
Mặt khác độ tin cậy là chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt là khi xuất hiện hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau
Các phần tử của lưới điện như là: đường dây, máy biến áp, thiết bị đóng cắt mà độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ tin cậy của lưới điện
Các phần tử của HTCCĐ trong vận hành đều có thể bị hỏng bất ngờ Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t) Trong nghiên cứu độ tin cậy lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng giá trị trung bình của λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong năm.
Ta có: λ=1/ T lv (lần/năm).
Trong đó, T lv : là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt.
Các phần tử hỏng hóc có thể được sửa chữa, phục hồi lại sự làm việc bình thường với hệ thống sau một thời gian Khi đó phần tử được gọi là phần tử có phục hồi
Các phần tử của hệ thống điện là các phần tử có phục hồi Khi bị hỏng, nó được sửa chữa sau đó lại tiếp tục vận hành Gọi thời gian sửa chữa sự cố là Th, ta có cường độ phục hồi A như sau:
Như vậy phần tử có phục hồi chỉ ngừng làm việc trong thời gian sửa chữa Để thể hiện đặc tính này cần sử dụng một đại lượng mới và được gọi là độ sẵn sàng B.
T lv +T h Độ sẵn sàng cũng chính là xác suất để phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng phục vụ trong thời điểm bất kỳ t
Ngoài số lần ngừng làm việc do hỏng hóc, các phần tử lưới điện, trong năm còn phải cắt điện một số lần để làm công tác bảo quản, sửa chữa hoặc xây dựng ( cắt theo lịch ) và được đặc trưng bởi số lần ngừng điện trung bình năm λ CT và thời gian trung bình 1 lần ngừng điện công tác T CT
Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối
1.8.1 Sử dụng các thiết bị có độ tin cậy cao Độ tin cậy của LPP phụ thuộc chủ yếu vào độ tin cậy của các phần tử như đường dây, máy điện áp, dao cách ly, máy cắt điện, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa…Do đó, muốn nâng cao độ tin cậy của lưới điện sử dụng các phần tử có độ tin cậy cao.
Tuy nhiên, viêc sử dụng phần tử có độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng chi phí đầu tư cho lưới điện, ảnh hướng đến chỉ tiêu kinh tế cho lưới điện nên việc sử dụng sẽ tùy thuộc vào tình hình cụ thể, từng loại hộ phụ tải cụ thể.
1.8.2 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa
Các thiết bị tự động thường dùng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phần phối như : Thiết bị tự động đóng lặp lại đường dây; tự động đóng nguồn dự phòng; hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dự liệu từ xa (SCADA).
Theo thống kê, hầu hết các sự cố trên đường dây tải điện trên không là sự cố thoáng qua, chiếm khoảng 70% - 80% tổng số lần sự cố trên dường dây; chủ yếu là do các sự cố sét đánh vào đường dây; cây đổ gần đường dây hoặc chạm vào đường dây; vật lạ rơi vào đường dây…Các sự cố này thường tự giải trừ sau 1 hoặc 2 lần phóng điện Nếu bố trí các thiết bị tự đóng lại thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao do thời gian tự đóng lại ngắn nên phụ tải không bị ảnh hướng do mất điện Đối với các lưới điện có từ hai nguồn trở lên , việc sử dụng tự đóng lại sẽ rất hiệu quả.
Các thiết bị điều khiển xa: Ngày nay với sự phát triển của công nghệp thông tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thấp dự liệu từ xa ngày càng được sự dụng rộng rãi và rất hiệu quả với hệ thống điện Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa Lưới điện phân phối với (SCADA) sẽ điều khiển nhanh chóng tách các đoạn sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố, nhờ đó độ tin cậy được nâng cao.
1.8.3 Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây
- Sơ đồ đường dây kép: Sử dụng hai đường dây cấp điện cho phụ tải, bình thường hai đường dây có thể vận hành song song hoặc độc lập Khi sự cố 1 đường dây, đường dây còn lại sẽ cấp điện cho toàn bộ phụ tải Sơ đồ cho độ tin cậy cao nhưng chí phí đầu tư khá lớn, chỉ phù hợp cho các phụ tải quan trọng, không được mất điện.
- Sơ đồ kín vận hành hở: Lưới điện phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín, nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới hở Khi một đoạn ngừng làm việc thì chỉ các phụ tải trên đoạn đó mất điện, các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác, sau đó được cấp điện bình thường Sơ đồ nay, chi phí đầu tư không cao nhưng lại phụ thuộc rất nhiều vào tình hình nguồn điện.
- Sơ đồ lưới có phân đoạn: Sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được dùng phổ biến hiện nay vì có chi phí thấp, sơ đồ đơn giản, có thể áp dụng rộng rãi nhưng độ tin cậy chưa cao Khi xảy ra sự cố một phân đoạn thì nhưng phân đoạn phía sau nó bị mất điện, các phân đoạn trước về nguồn chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác Số lượng và vị trí các phân đoạn củng ảnh hưởng đến thời gian mất điện của phụ tải.
1.8.4 Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố
Một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là tổ chức tìm và cô lập sự cố nhanh, nút ngắn thời gian mất điện cho phụ tải Để làm được điều đó cần phải:
- Tổ chức đủ người, đủ dung cụ, vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự cố.
- Tổ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất.
- Tổ chức sửa chữa, thay thế nhanh các phần tử hư hỏng.
Như vậy sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới điện phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện của phụ tải, giảm điện năng bị mất do sự cố, góp phần nâng cao chỉ tiêu về độ tin cậy trong lưới phân phối.
1.8.5 Đối với các trạm biến áp phân phối
Các trạm biến áp phân phối là một phần không thể tách rời của lưới điện phân phối Để nâng cao độ tin cậy của trạm biến áp phân phối, cần áp dụng đồng bộ các biện pháp từ khâu thiết kế cho đến quản lý vận hành.
- Chọn sơ đồ đi dây trong trạm biến áp hợp lý sẽ thuận tiện trong vận hành, bảo dưỡng, thay thế và sửa chữa các thiết bị.
- Sử dụng các thiết bị trên trạm có độ tin cậy cao.
- Kết cấu trạm đảm bảo đồng bộ, dễ sửa chữa thay thế, thời gian thay thế nhanh, tiện dụng, thao tác an toàn.
Kết luận: Lưới điện phân phối là lưới điện đã được hạ thế bằng trạm hay máy biến áp để cung cấp điện cho các phụ tải tiêu thụ đảm bảo độ tin cậy, chất lượng, điện năng Lưới điện phân phối nhận điện từ các trạm phân phối khu vực gồm:
- Lưới điện có các cấp điện áp 110/35 kV, 110/22 kV.
- Lưới điện có các cấp điện áp 35/22 kV. Đối với mạng điện 35 kV thường cấu trúc ba pha trung tính cách điện nối với đất, điển hình như trụ điện mạng 35 kV.
Tóm lại, mạng điện phân phối có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kỹ thuật của toàn hệ thống:
- Chất lượng cung cấp điện.
- Xác xuất sự cố: sự cố ngừng cung cấp điện sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch, cải tạo, đóng điện trạm mới trên lưới phân phối
Với các đặc điểm trên, việc nghiên cứu và phân tích lưới điện phân phối là rất cần thiết và thực tế.
Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện
1.9.1 Chỉ số tin cậy điểm tải
Trong chỉ số độ tin cậy điểm tải, có ba chỉ số độ tin cậy để diễn tả sự cung cấp điện liên tục của hệ thống nguồn đến điểm tải, đó là:
- Thời gian hư hỏng trung bình ( γ ).
- Thời gian mất điện trung bình hàng năm (U).
Ba chỉ số này là dự kiến và tuyệt đối chính xác, về lâu dài cần tính toán giá trị trung bình và phân phối xác suất.
Ngoài ra, còn có một số các chỉ số khác nhau:
- Thời gian trung bình của chu kỳ hỏng hóc (MTTF)
- Thời gian trung bình sửa chữa (MTTR). a) Cường độ hỏng hóc tại tải
Hàm cường độ hỏng hóc tại tải (Average Failure Rate at Load point) λ i là xác suất các điều kiện để một thiết bị làm việc trước thời gian t và phát triển thành sự cố trong đơn vị thời gian ∆ t sau thời điểm t Hàm cường độ hư hỏng của thiết bị công suất dạng hình “lòng máng” và được chia thành 3 giai đoạn: thời kỳ đầu, thời kỳ vận hành và thời kỳ thoái hóa.
Hình 1.5 Hàm cường độ hỏng hóc
Trong khoảng thời gian vận hành, cường độ hỏng hóc là hằng số, sẽ giảm dần khi thiết bị mới xuất xưởng ( đây là thời gian kiểm tra, vận hành thử nghiệm ) và sẽ tăng dần tại giai đoạn lão hóa.
Có thể định nghĩa được cường độ hỏng hóc một cách đơn giản như sau: Cường độ hỏng hóc là sự cố trên đơn vị thời gian Nhờ đó, biết được số lần hư hỏng tại điểm tải đó trong một năm Cường độ hỏng hóc thường được biểu diễn bằng số sự cố xảy ra trên mỗi (km) chiều dài trong một năm. λ i (t)=∑ j∈Ne λ e, j λ e, j - cường độ hỏng hóc của phần tử j
N e - tổng số phần tử bị sự cố sẽ ngắt tại tải i. Đơn vị: f/yr (lần/năm). b) Thời gian mất điện trung bình tại tải
Thời gian mất điện trung bình tại tải (Annual Qutage Duration at Load piont) U i được xác định như sau:
U i =∑ j ∈ Ne λ e , j r ij r ij – thời gian hư hỏng tại điểm tải i do hư hỏng phần tử j Đơn vị: hr/yr (giờ/năm).
Thời gian mất điện trung bình là thời gian trung bình tại điểm tải đó bị mất điện do một sự hư hỏng ảnh hưởng đến điểm tải Thời gian mất điện trung bình hằng năm tại một điểm tải ước tính thông qua chỉ số hỏng hóc và thời gian hư hỏng trung bình
>>Đây là tổng thời gian tải mất điện. c) Thời gian hư hỏng trung bình tại tải
Thời gian hư hỏng trung bình tại tải (Average Outage Duration at Load piont) r i được xác định bởi: r i =U i λ i
∑ j∈Ne λ e , j Đơn vị: hr (giờ).
Thời gian hư hỏng trung bình là thời gian mà thiết bị hay hệ thống ngưng làm việc cho đến khi được sửa chữa hoặc thay thế để hoạt động lại. d) Cường độ sửa chữa
Các thiết bị điện lực như máy phát, máy điện áp đường dây đều có thể sửa chữa để làm việc lại, thể hiện qua cường độ sửa chữa (Repair Time) μ
Trong thời gian phục vụ, chúng có các trạng thái như: vận hành, sự cố, sửa chữa, quy hoạch bảo trì,… Định nghĩa cường độ sửa chữa: Xác suất để có một thiết bị được sửa chữa trước thời gian t và được vận hành trong đơn vị thời gian ∆ t e) Thời gian sửa chữa trung bình
Từ hàm cường độ, có công thức tính thời gian sửa chữa trung bình (Mean Time to Repair – MTTR).
MTTR có thể được định nghĩa là thời gian sửa chữa trung bình để hệ thống hoạt động lại bình thường.
ETAP xem thời gian hư hỏng trung bình (r)cũng chính là thời gian trung bình cần phải sửa chữa (MTTR). f) Thời gian trung bình của chu kỳ hỏng hóc
Từ công thức hàm cường độ hỏng hóc, có công thức thời gian trung bình giữa các hỏng hóc (Mean Time to Failure – MTTF) hay thời gian trung bình an toàn.
Trong đó λ A là hàm cường độ hỏng hóc chủ động và λ P là hàm cường độ hỏng hóc bị động.
Xét trong một chu kỳ sự cố T như hình 1.5.
Hình 1.6 Mô hình hai trạng thái
Một thiết bị đang ở trạng thái Up – trạng thái vận hành, thiết bị này sẽ có thời gian vận hành m và xác xuất để thiết bị này bị sự cố λ , sau thời gian m, thiết bị chuyển trạng thái Down - trạng thái sửa chữa, Sau thời gian sửa chữa r , thiết bị lại chuyển sang trạng thái Up, với xác xuất là μ g) Cường độ cắt cưỡng bức
Cường độ cắt cưỡng bức (Forced Outage Rate – FOR) phần tử hay còn gọi là hệ số không sẵn sàng của thiết bị ở trạng thái xác lập có công thức:
1.9.2 Chỉ số tin cậy hệ thống a) Chỉ số tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống(SAIFI)
Chỉ số tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống (System Average Interruption Frequency Index – SAIFI) được định nghĩa là giá trị trung bình gián đoạn phục vụ khác hàng cho một năm Nó được tính bởi tỷ số giữa tổng số khác hàng bị ngừng cung cấp điện trên tổng số khách hàng được cấp điện.
SAIFI=Tổng số khách hàng bịngừng cung cấp điện
Tổng số khác hàng được cấp điện =∑ λ i N i
N i : Số khách hàng tại điểm thứ i
∑ : Tổng tất cả điểm tải. λ i :Tỷ lệ hỏng hóc tại điểm thứ i Đơn vị: f/customer.yr (lần/khách hàng.năm). b) Chỉ số thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống(SAIDI)
Chỉ số thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Duration Index – SAIDI) được định nghĩa là thời gian gián đoạn trung bình cho mỗi khách hàng được cấp điện trong một năm Nó được tính bằng tỷ số giữa tổng thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng trên tổng số khách hàng được phục vụ.
SAIDI=Tổng thời gianngừng cấp điện cho khách hàng
N i : Số khách hàng tại điểm thứ i
U i : Thời gian mất điện hằng năm. Đơn vị : hr/customer.yr (giờ/khách hàng.năm). c) Chỉ số tần suất trung bình ngừng cung cấp điện của khách hàng(CAIFI)
Chỉ số tần suất trung bình ngừng cung cấp điện của khách hàng (CustomerAverage Interruption Frequency Index – CAIFI) được định nghĩa là tần suất trung bình gián đoạn cho mỗi khách hàng bị gián đoạn trong một năm Nó được tính bởi tỷ số giữa tổng số khách hàng bị ngừng cung cấp điện trên tổng số khách hàng bị ảnh hưởng mất điện.
CAIFI= Tổng số khách hàng bịngừng cấp điện
Tổng số khách hàng bịảnh hưởng mất điện=∑ λ i N i
N i : Số khách hàng tại điểm tải thứ i λ i : Tỷ lệ hỏng hóc điểm tải thứ i
N ' i : Số khách hàng bị ảnh hưởng. d) Chỉ số thời gian trung bình gián đoạn của khách hàng(CAIDI)
Giới thiệu về công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng
Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng (viết tắt là DNPC) là doanh nghiệp do Tổng Công ty Điện lực miền Trung nắm giữ 100% vốn điều lệ, có tư cách pháp nhân, có con dấu riêng, được mở tài khoản tại Ngân hàng và Kho bạc Nhà nước theo quy định của Pháp luật và hoạt động theo luật Doanh nghiệp
+ Tên gọi : Công Ty TNHH MTV Điện Lực Đà Nẵng
+ Tên quốc tế : Da Nang Power Company, LTD
+ Địa chỉ : 35 Phan Đình Phùng, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng
Hình 2.7 Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng
2.1.2 Mô hình cơ cấu tổ chức của công ty
Các đơn vị thành viên của DNPC:
+ Đội quản lý cao thế: 110 kV, 22/0,4 kV.
+ Đội thí nghiệm: trước khi đưa lên lưới phải được thí nghiệm.
+ Đội Hotline: thực hiện sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng,
Xí nghiệp điện cơ: làm gia công, cơ khí, phục vụ xây dựng.
+ Văn phòng: Lễ tân, trang bị văn phòng phẩm, đưa khách,
+ Kế hoạch vật tư: Tham mưu giám đốc, xây dựng kế hoạch sản xuất ngắn hạn và dài hạn, các công trình điện,
+ Phòng tổ chức nhân sự: Quản lý các kì thi nâng bậc,
+ Phòng kỹ thuật: Điều hành công tác quản lý kỹ thuật sản xuất, vận hành, sửa chữa nguồn điện và lưới điện.
+ Tài chính kế toán: Quản lý tài chính kế toán trong công ty.
+ Phòng an toàn: Quản lý toàn bộ chính sách an toàn cho chế độ lao động và hướng dẫn an toàn điện cho các nhân viên trong công ty.
+ Phòng kinh doanh: Hệ thống mua điện, bán điện, hóa đơn tiền điên,
+ Phòng thanh tra, pháp chế bảo vệ: Rà soát các phòng ban, thực hiện nghiêm túc các quy định nhà nước đưa ra, đảm bảo minh bạch trong công tác điều hành.
+ Phòng điều độ: Chỉ huy, vận hành và xử lý hệ thống điện sao cho tin cậy tối ưu nhất, chỉ huy vận hành các trạm biến áp không người trực qua SCADA và EMS.
+ Phòng Công nghệ thông tin: Quản lý các mảng công nghệ thông tin của công ty, hệ thống LAN, WAN của hệ thống.
+ Phòng quản lý đầu tư: Phân tích các dự án có ổn hay không?
+ Phòng quản lý đấu thầu: Minh bạch, rõ ràng, chống tham nhũng, có lợi cho công ty, nhà nước.
+ Ban quản lý dự án: Quản lý các dự án dưới 15 tỷ.
Khối lượng quản lý vận hành
Một số thông số cơ bản của Công ty Điện Lực Đà Nẵng:
+ Tổng công suất cực đại tác dụng lên lưới: 534 MW
+ Lượng điện tiêu thụ trung bình ngày: 11,0 triệu kWh/ngày.
+ Tổn thất các thành phần (110 kV, Trung Áp, Hạ Áp): 2,07%. Đối với đường dây 110 kV:
TP Đà Nẵng nhận điện qua 13 TBA 110kV với tổng dung lượng 1.182 MVA, trong đó:
+ PC Đà Nẵng quản lý 10 trạm Công suất đặt: 847 MVA; 78 xuất tuyến, 22 kV.
+ Công ty truyền tải điện 2 quản lý 02 trạm;
+ Tài sản khách hàng: 01 trạm 110kV cấp điện Hầm Hải Vân.
+ Tổng chiều dài đường dây 110kv 186 km. Đối với đường dây 22 kV:
Hiện có tổng 4.626 trạm biến áp, tổng dung lượng: 1.970 MVA:
+ Ngành điện: 2.163 TBA với 963km
+ Khách hàng: 2.463 TBA với 233km
+ 1.096 Km đường dây (trong đó: 244 km cáp ngầm) Đối với đường dây 0,4 kV:
+ 1974.7 Km đường dây (trong đó 143,7 km cáp ngầm).
+ Ngành điện: 935 km (105,95 km cáp ngầm).
Hình 2.9 Sơ đồ lưới điện 110kV Thành phố Đà Nẵng
Hình 2.10 Sơ đồ lưới điện 22kV Thành phố Đà Nẵng
Lưới phân phối Thành phố Đà Nẵng
Lưới điện phân phối Thành phố Đà Nẵng cũng có các đặc điểm đặc trưng chung của lưới điện phân phối: phân bố trên diện rộng, mạng lưới chằng chịt, nhiều nhánh rẽ,
Trước đây, lưới phân phối thành phố cũng tồn tại nhiều cấp điện áp như 6, 15,
22, 35kV nhưng qua thời gian cải tạo theo quy hoạch đến cuối năm 2012 chỉ còn một cấp điện áp 22kV.
Cấu trúc của lưới phân phối 22kV trên địa bàn thành phố Đà Nẵng là 3 pha 3 dây, trung tính nối đất trực tiếp tại đầu nguồn - phía 22kV của máy biến áp 110/22kV, chế độ vận hành bình thường là: Vòng kín nhưng vận hành hở và một phần hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, các xuất tuyến 22kV liên lạc với nhau tại các điểm mở bằng dao cách ly có tải hoặc recloser tạo nên cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở, chủ yếu để phục vụ chuyển tải cấp điện khi cắt điện công tác hoặc xử lý sự cố.
Cấu trúc mạch vòng vận hành hở tập trung chủ yếu ở khu vực trung tâm thành phố như quận Hải Châu, Thanh Khê còn các khu vực khác chủ yếu là mạng hình tia, ít liên lạc do đường dây dài, tiết diện dây nhỏ, phân bố trên địa bàn rộng.
Hệ thống lưới phân phối Thành phố Đà Nẵng
Thành phố Đà Nẵng nhận điện từ Trạm biến áp 500kV Đà Nẵng (E51) qua 12 Trạm biến áp 110, 220kV (Hòa Khánh 220, Hòa Khánh 110, Liên Chiểu, Xuân Hà, Liên Trì, Cầu Đỏ, An Đồn, Hoà Liên, Hòa Xuân, Hầm Hải Vân, Ngũ Hành Sơn 110kV, Ngũ Hành Sơn 220kV) với tổng công suất đặt là 1099 MVA, 85 xuất tuyến 22kV phân bố trải đều trên địa bàn.
Các trạm biến áp 220-110kV: Hòa Khánh 220kV, 110kV Hòa Khánh 110kV và 110kV Liên Chiểu (Elc), Hòa Liên: cấp điện khu vực quận Liên Chiểu, huyện Hòa Vang, các khu công nghiệp Hòa Khánh, Hòa Khánh mở rộng, Liên Chiểu, khu công nghệ cao, các khu du lịch Bà Nà, Xuân Thiều,…
Các trạm biến áp 110kV Xuân Hà (E10) và Liên Trì (E11): cấp điện khu vực trung tâm thành phố như quận Hải Châu, Thanh Khê, các bệnh viện lớn như Bệnh viện Đà Nẵng, bệnh viện C, C17, Hoàn Mỹ,…các Trung tâm hành chính, sự nghiệp, sở ban ngành của Thành phố.
Trạm biến áp 110kV Cầu Đỏ (E12): cấp điện khu vực huyện Hòa Vang, quận Cẩm Lệ, khu công nghiệp Hòa Cầm, các nhà máy nước Cầu Đỏ, Sân bay, bơm phòng mặn An Trạch…
Các trạm biến áp: Ngũ Hành Sơn 220kV, 110kV An Đồn, Ngũ Hành Sơn 110kV: cấp điện khu vực quận Ngũ Hành Sơn, Sơn Trà, các khu du lịch dọc đường Hoàng Sa- Trường Sa, bán đảo Sơn Trà, cảng Tiên Sa, các khu công nghiệp An Đồn và dịch vụ thủy sản Thọ Quang.
Tốc độ tăng trưởng phụ tải khoảng 12%/ năm Do dịch covid-19, tốc độ tăng trưởng phụ tải hiện nay âm (2%)
Tổng công suất tải cực đại Pmax năm 2019: 584 MW, sản lượng ngày cực đại Amax 11,4 triệu kWh Phụ tải đỉnh hệ thống diễn ra vào lúc 21g00 đến 21g30 ngày bình thường.
Chương này trình bày về các ảnh hưởng của bộ chỉ số độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện Đà Nẵng, giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong lưới điện phân phối Đà Nẵng.
Các ảnh hưởng lên bộ chỉ số độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện Đà Nẵng
Theo đó, tại Khoản 1 Điều 13 Thông tư 39/2015/TT-BCT quy định tin cậy cung cấp điện được thống kế và đánh giá qua hai bộ chỉ số bao gồm “độ tin cậy cung cấp điện toàn phần” và “độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối” Mỗi bộ chỉ số độ tin cậy cung cấp điện bao gồm ba chỉ số SAIDI, SAIFI và MAIFI được xác định theo quy định tại Điều 12 thông tư này.
Bộ chỉ số “độ tin cậy cung cấp điện toàn phần” được sử dụng để đánh giá chất lượng cung cấp điện cho khách hàng mua điện của đơn vị phân phối điện và được tính toán theo quy định tại Điều 12 thông tư này khi không xét các trường hợp ngừng cung cấp điện do các nguyên nhân sau:
- Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối đề nghị cắt điện
- Thiết bị của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối không đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật an toàn điện để được khôi phục cung cấp điện
- Do sự cố thiết bị của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối
- Do các sự kiện bất khả kháng, ngoài khả năng kiểm soát của Đơn vị phân phối điện hoặc do khách hàng sử dụng lưới điện phân phối điện vi phạm quy định của pháp luật theo quy định điều kiện, trình tự ngừng, giảm mức cung cấp điện do Bộ Công Thương ban hành.
Bộ chỉ số “độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối” là một trong các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá hiệu quả hoạt động của đơn vị phân phối điện được tính toán theo quy định tại Điều 12 thông tư này khi không xét các trường hợp ngừng cung cấp điện do các nguyên nhân sau:
- Do mất điện từ hệ thống điện truyền tải
- Sa thải phụ tải theo lệnh điều độ của Cấp điều độ có quyền điều khiển
- Cắt điện khi xét đến khả năng gây mất an toàn nghiêm trọng đối với con người và thiết bị quan trọng trong quá trình vận hành hệ thống điện.
Giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối Đà Nẵng
2.6.1 Nâng cao độ tin cậy do bảo trì bảo dưỡng
Chú trọng công tác rà soát, kiểm tra phương án thi công các công tác trên lưới điện, hạn chế tối đa phạm vi và thời gian mất điện khách hàng Cụ thể:
- Công tác cô lập MBA 110kV và các thiết bị liên quan gây mất điện: 01 lần/năm, thời gian