Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp
Trang 1TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
Trương Tuấn Anh – (Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 35 kV, phân phối điện cho các trạm biến áp phân phối trung áp/ hạ áp và phụ tải trung áp Các hộ phụ tải nhận điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ
Mặt khác sự phát triển của phụ tải không ngừng theo thời gian và ngày càng đỏi hỏi cao về chất lượng năng lượng và độ tin cậy cung cấp điện Do đó ngay từ khâu thiết kế cũng như vận hành
hệ thống điện cần phải đặc biệt quan tâm một cách triệt để, đảm bảo sao cho có được các phương án
dự phòng hợp lý và tối ưu nhất trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố
Như vậy để nâng cao được độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng hợp lý, bài báo tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tính toán độ tin cậy và xây dựng phần mềm tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp, từ kết quả tính toán được đề xuất một số biện pháp nhằm giảm bớt thiệt hại về kinh tế và thời gian mất điện đối với hộ phụ tải
2 TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của lưới điện phân phối phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối dây Do đó sơ đồ nối dây phải được chọn sao cho có chi phí là nhỏ nhất, đảm bảo mức độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới
Sơ đồ nối dây của lưới điện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây như: hình tia, phân nhánh hoặc mạch vòng kín nhưng trong quá trình vận hành hở mạch Như vậy trong quá trình vận hành lưới điện phân phối chỉ được cung cấp từ một nguồn, do đó tác giả
đề cập đến tính toán độ tin cậy của lưới phân phối trên máy tính được cung cấp điện bởi một nguồn trong trường hợp ngừng điện do sự cố [1,3,6]
2.1 Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn [1,6]
- Độ dài đẳng trị của m đoạn lưới liền nhau thành đoạn lưới i là: ∑
=
= m
1 j j
l
- Tổng phụ tải do đoạn lưới i cấp điện khi hệ số đồng thời bằng 1:
∑
=
= m
1 j
j max i
P ; Pmaxj: phụ tải của đoạn lưới j
- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất:
i max
m 1 i
j max j max i
max
P
T P T
∑
=
=
Trang 22.2 Thuật toán tính ma trận đường nối [1,6]
Đường nối bao gồm tất cả các đoạn lưới nối từ nguồn đến từng nút phụ tải và rất cần thiết để tính độ tin cậy của lưới phân phối Tất cả các đường nối nằm trong ma trận đường nối của lưới phân phối B(i,j), trong đó j là nút đích, i là đoạn lưới của lưới phân phối Nếu B(i,j) = 1
có nghĩa là đoạn lưới i nằm trên đường nối đến nút j, nếu B(i,j) = 0 có nghĩa là đoạn lưới i không nằm trên đường nối đến nút j
2.3 Tính toán ma trận ảnh hưởng [1,2,6]
2.3.1 Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của một phân đoạn i
* Hỏng hóc do bản thân phân đoạn
* Do ảnh hưởng của các phân đoạn khác:
- Ảnh hưởng của các phân đoạn phía trước phân đoạn đang xét về phía nguồn cung cấp Mỗi lần cắt điện phân đoạn này đều dẫn đến mất điện phân đoạn đang xét và mất cho đến khi khắc phục xong sự cố
- Ảnh hưởng của các phân đoạn phía sau phân đoạn đang xét:
+ Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: ảnh hưởng là toàn phần về số lần cắt, còn thời gian thì không toàn phần, phân đoạn xét được cấp điện trở lại sau thời gian thao tác, nghĩa là chỉ mất điện trong thời gian thao tác tttK, thời gian này phụ thuộc vào mức độ tự động hoá của lưới điện, nhưng ngắn hơn nhiều so với thời gian sửa chữa sự cố
+ Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt
- Ảnh hưởng của các phân đoạn không nằm trên đường nối: phân đoạn ngay sau phân đoạn trên đường nối, ảnh hưởng của nó đến phân đoạn trên đường nối và cũng là ảnh hưởng đến phân đoạn xét i
+ Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: tính toán trường hợp có và không đặt thiết bị tự động đóng lại
+ Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt
Ma trận B(i, j)
j = 0
j = j + 1
B(j, j) = 1
r = j
r = j
B(r1, j) = 1
r1 = 0
r1 = NĐ(r)
Đúng
Trang 32.3.2 Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn đẳng trị
- Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn i:
∑
≠
+ λ
=
1 j 1 j ji i
i 0
≠
=
+ λ
1 j 1 j mdji sci
i i 0
T
Npd: tổng số các phân đoạn
- Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện trung bình của một phụ tải điện:
pd
Npd
1 i i tb
N
∑
= λ
=
λ ;
pd
Npd
1 i mdi mdtb
N
T T
∑
=
=
- Điện năng mất của phân đoạn i và tổng điện năng mất:
8760
T P T
A mdi i max i
=
∑ =Npd 1 i mdi
A
Chỉ tiêu độ tin cậy của đoạn lưới j cũng tức là của phụ tải j (trạm phân phối j) đấu vào đoạn lưới, đó là tổng của cột j trong hai ma trận ảnh hưởng:
SL(j) = SLPj = ΣAS(i,j); th(j) = thPj = ΣAH(i,j)
A(j) = thPj Pmax(j) Tmax(j)
8760
1
; A= ΣA (j)
Từ đó tính các chỉ tiêu trung bình của toàn lưới phân phối
2.3.3 Thuật toán tính các ma trận ảnh hưởng
Để lập ma trận ảnh hưởng ta xét từng cột j của ma trận B(i,j) bắt đầu từ j = 1 đến j = N, với mỗi cột ta lại xét từng i bắt đầu từ i = 1 đến i = N Có thể xảy ra các trường hợp sau:
- B(i,j) = 1: đoạn lưới i nằm trên đường nối 0 - j, ta có:
AS(i,j) = λ(i); AH(i,j) = λ(i) t0(i)
- B(i,j) = 0: đoạn lưới i không nằm trên đường nối 0 - j, cần tìm các đoạn lưới nằm giữa đoạn lưới i và đoạn lưới j, tức là các đoạn a, b
Trước tiên ta tìm đoạn lưới k đứng ngay trước đoạn lưới i theo điều kiện:
NĐ(i) = NC(k) Sau đó xét B(k,j) nếu:
+ B(k,j) = 1: đoạn lưới k nằm trên đường nối 0 - j, ta có:
AS(i,j) = λ(i) K(i)
AH(i,j) = λ(i) K(i) tC(i) (*)
+ B(k,j) = 0: đoạn lưới k không nằm trên đường nối 0 - j, vì vậy:
Trang 4) i ( ).
i ( K ) k (
) j , k ( AS ) j , i (
λ
=
) i ( t ).
i ( ).
i ( K ) k ( t ).
k (
) j , k ( AH )
j , i (
C
λ λ
Các công thức (*) và (**) có tác dụng giữ lại trong AS(k,j) và AH(k,j) các K(a), K(b) tức là mã thiết bị phân đoạn trên đường nối giữa đoạn lưới k và đoạn lưới j hoặc đoạn lưới bất
kỳ trên đường nối 0 - j
Theo thuật toán này với cách đánh số nút và nhánh như trên thì AS(k,j) AH(k,j) được tính trước AS(i,j) và AH(i,j) vì k < 1
2.4 Tính toán các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới phân phối
- Số lần cắt điện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối:
1 N
SL SL
1 N 1 i Pi tb
∑
=
=
+ SLPi: số lần cắt điện trạm biến áp phân phối i trong một năm
+ N1: số trạm phân phối thuộc lưới phân phối được tính
- Thời gian cắt điện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm:
1 N
t t
1 N 1 i hPi htb
∑
=
=
+ thPi: thời gian cắt điện một trạm biến áp phân phối trong một năm
- Điện năng mất của toàn lưới phân phối:
∑
=
= N1
1 i i
A
3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP [4,5]
- Giao diện chính của chương trình:
Từ giao diện chính của chương trình cho,
cho phép người sử dụng lựa chọn:
+ Phương pháp vào số liệu
+ Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối của
các File số liệu đã tạo hoặc File mới
Trang 5- Giao diện nhập số liệu từ bàn phím:
+ Nhập số nhánh
+ Nhập nút nguồn thứ hai (nếu có)
+ Sau khi nhập các số liệu vào bảng tính,
kiểm tra lại số liệu xem nhập có đúng hay không
(báo lỗi)
+ Cho phép ghi vào File để sử dụng cho các
lần tiếp theo
- Giao diện xem và sửa số liệu:
+ Xem và sửa các File số liệu có sẵn
+ Ghi vào File cũ hoặc tạo File mới sử dụng
các lần tiếp theo
- Giao diện tính toán độ tin cậy:
+ Đọc số liệu từ File đã nhập
+ Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối
khi có một hoặc hai nguồn cung cấp
+ Ghi kết quả mới tính hoặc xem lại kết
quả đã tính toán
+ Tổ chức in ấn kết quả
4 NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
- Tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây:
+ Sơ đồ sử dụng đường dây kép
+ Sơ đồ mạng kín vận hành hở
+ Sơ đồ lưới có phân đoạn
Trang 6- Tổ chức tìm và sửa chữa nhanh sự cố
- Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao
- Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều
khiển từ xa: TDL, TDN, SCADA
- Thay thế trạm biến áp phân phối treo bằng trạm
biến áp phục hồi nhanh [6]
- Đường dây trung áp sử dụng máy cắt có tự động đóng lặp lại [6]: Reclosers
5 KẾT LUẬN
Chương trình được ứng dụng để tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên (với đường dây chưa được cải tạo và nâng cấp) [6], từ kết quả tính toán cho thấy độ tin cậy còn thấp do lưới phân phối chủ yếu là mạch hình tia hoặc phân nhánh có phân đoạn bằng dao cách ly, thiết bị đóng cắt và bảo vệ cũ, công nghệ lạc hậu, độ tin cậy thấp, các trạm biến áp phân phối chủ yếu là trạm treo dẫn đến thời gian ngừng điện trong năm do sự cố hoặc bảo dưỡng nhiều, điện năng mất do ngừng điện tương đối lớn, chưa đáp ứng được yêu cầu cung cấp điện cho các hộ phụ tải [6]
Từ đó tác giả đã đề xuất một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên [6]
Bài báo chưa đề cập đến vấn đề dự trữ máy biến áp phân phối trong lưới điện phân phối
để nâng cao độ tin cậy và giảm thời gian mất điện đối với hộ phụ tải
TÓM TẮT
Bài báo trình bày phương pháp nghiên cứu tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp Áp dụng ngôn ngữ lập trình Delphi xây dựng phần mềm tính toán và đề xuất một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối
SUMM ARY
This article presents a research method of calculating the confidence of electric medium voltage delivering network It makes use of Delphi programming language to build a calculating software and raise some solutions to enhance the confidence of the delivering network
M¸y c¾t Reclosers gåm 3 series: N, U vµ W
Trang 7TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]Trần Bách (2000) “Lưới điện và hệ thống điện”, Tập 1, 2 – Nxb Khoa học và Kĩ thuật ,Hà Nội [2] Phan Văn Khôi (1987) “Cơ sở đánh giá độ tin cậy” Nxb Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội [3] Bùi Ngọc Thư (2002) “Mạng lưới cung cấp và phân phối điện” - Nxb Khoa học và Kĩ thuật
Hà Nội
[4].Đỗ Xuân Khôi (1998) Tính toán phân tích hệ thống điện, Nxb Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội [5] Ngôn ngữ lập trình Delphi 5 , 6 , 7 Nxb Giáo dục
[6] Nghiên cứu tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối , Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm
2007 - Trung tâm học liệu ĐHTN
[7] Electric Power Distribution System Engineering-Turan Gonen McGraw-Hill 1986