nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao phân đoạn tự động

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- ĐỖ VIỆT HƯNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BẰNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẶP LẠI VÀ DAO P

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

ĐỖ VIỆT HƯNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BẰNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẶP LẠI

VÀ DAO PHÂN ĐOẠN TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện

Mã số : 605250

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 2

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.2 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI 3

1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3

1.4 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 2: LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TỰ ĐỘNG 4

2.1.TÌM HIỂU VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 4

2.1.1 Định nghĩa 4

2.1.2 Vai trò lưới điện phân phối 4

2.1.3 Các phần tử chính trong lưới điện phân phối 5

2.1.4 Cấu trúc lưới điện phân phối 6

2.1.5 Đặc điểm lưới điện phân phối 7

2.2 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TỰ ĐỘNG 7

2.2.1 Máy cắt tự động 7

2.2.2 Thiết bị đóng lặp tự động Autoreclosers 9

2.2.3 Dao phân loại tự động 10

CHƯƠNG 3: CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 12

3.1 ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN 12

3.1.1 Khái niệm về độ tin cậy 12

3.1.2 Độ tin cậy của hệ thống 12

3.1.3 Độ tin cậy của phần tử 13

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY 21

3.2.1 Phương pháp đồ thị giải tích 21

3.2.2 Phương pháp không gian trạng thái 22

3.2.3 Phương pháp cây hỏng hóc 23

3.2.4 Phương pháp mô phỏng Monte – Carlo 24

3.3 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 24

3.3.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống – SAIF 25

3.3.2 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng – CAIFI 25

3.3.3 Thời gian mất điện trung bình của hệ thống 25

3.3.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng – CAIDI 25

3.3.5 Tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng 26

3.3.6 Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI và (ASUI) 26

3.3.7 Năng lượng không được cung cấp – ENS 26

3.3.8 Điện năng trung bình không được cung cấp – AENS 26

3.3.9 Chỉ số mất điện khách hàng trung bình – ACCI 27

3.4 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG 27

3.4.1 Vận hành theo sơ đồ lưới điện hình tia có rẽ nhánh 27

3.4.1.1 Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì 30

3.4.1.2 Lưới điện hình tia phân đoạn bằng các dai cách ly và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì 31

3.4.1.3 Lưới điện hình tia phân loại bằng máy cắt 32

3.4.2 Vận hành theo sơ đồ lưới điện kín vận hành hở 34

3.4.3 Kết luận về các thong số khi tiến hành lắp đặt các thiết bị đóng cắt 37 3.5 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ 38

3.5.1 Mô hình I – Đường dây một nguồn, không phân đoạn 38

3.5.2 Mô hình II – Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn) 39

3.5.3 Mô hình III – Đường dây hai nguồn, phân đoan bằng dao cách ly

(M phân đoạn) 41

3.5.4 Mô hình IV – Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng Autorecloser (M phân đoạn) 42

3.5.5 Mô hình V - Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng Autorecloser (M phân đoạn) 43

3.6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 43

3.7 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI ĐIÊN PHÂN PHỐI 44

3.7.1 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao 44

3.7.2 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa 44

4.7.3 Sử dụng linh hoạt sơ đồ đi dây, kết dây 45

4.7.4 Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố 46

4.7.5 Đối với các TBA phân phối 46

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP THÁI NGUYÊN 47

4.1 HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN THÁI NGUYÊN 47

4.1.1 Tổng quan về lưới điện Thái Nguyên 47

4.1.2 Lưới điện 48

4.1.2.1 Lưới 220 kV 48

4.1.2.1 Lưới 110 kV 48

4.1.3 Lưới trung thế 52

4.1.3.1 Lưới 35 kV 52

4.1.3.2 Lưới 22 kV 53

4.1.3.3 Lưới 10 kV 53

4.1.3.4 Lưới 6 kV 53

4.2 LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN 59

4.3 ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT, CÀI ĐẶT THÔNG SỐ CỦA AUTORECLOSER, DCLTĐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ

THÁI NGUYÊN 59

4.3.1 Hiệu quả khi áp dụng Autorecloser, DCLTĐ: Rút ngắn thời gian mất điện 59

4.3.2 Giảm kỳ vọng thiếu hụt điện năng, sử dụng phần mềm PSS/ADEP để tính toán 61

4.3.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm PSS/ADEP 61

4.3.2.2 Đề xuất các giải pháp lắp đặt Autorecloser, DCLTĐ trên đường dây 68

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

5.1 KẾT LUẬN 75

5.2 CÁC KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Phụ lục

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 2-1: Máy cắt trung thế 9

Hình 2-2: Autorecloser trung thế 10

Hình 2-3: Sơ đồ sử dụng TĐLđể loại trừ sự cố 11

Hình 3-1: Hàm tin cậy R(t) 14

Hình 3-2: Cường độ hỏng hóc λ(t) 16

Hình 3-3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV- lam việc, H- hỏng) 17

Hình 3-4: Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử 20

Hình 3-5: Sơ đồ nối tiếp 22

Hình 3-6: Sơ đồ song song 22

Hình 3-7: Sơ đồ hỗn hợp 22

Hình 3-8: Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn 28

Hình 3-9:Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu chì 30

Hình 3-10: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ bảo vệ bằng cầu chì 31

Hình 3-11: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt 32

Hình 3-12:Sơ đồ lưới kín vận hành hở 34

Hình 3-13: Đường dây một nguồn, không phân đoạn 38

Hình 3-14: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly 39

Hình 3-15: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly 41

Hình 3-16: Đường dây một nguồn, phần đoạn Autorecloser 42

Hình 3-17: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS 43

Hình 4-1: Đường dây trên không 4 phân đoạn 60

Hình 4-2: Xác định thư viên dây dẫn 64

Hình 4-3: Thiết đặt thông số thuộc tính của lưới điện 65

Hình 4-4: Thiết lập hằng số kinh tế của lưới điện 65

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 3-1: Thông số của hệ thống 28

Bảng 3-2: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải 28

Bảng 3-3: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3-8 29

Bảng 3-4: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3-9 30

Bảng 3-5: Các chỉ tiêu độ tin cây tại các nút tải của hệ thống hình 3-10 32

Bảng 3-6: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3-11 33

Bảng 3-7: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3-12 trong trường hợp không hạn chế công suất chuyển tải 35

Bảng 3-8: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3-12 trong trường hợp không hạn chế công suất chuyển tải 36

Bảng 3-9: Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ hình 3-8 đến hình 3-12 37

Bảng 4-1: Các trạm 220 – 110kv hiện có của tỉnh Thái Nguyên 49

Bảng 4-2: Thống kê mạng tải hiện tại của các đường dây cao thế 50

Bảng 4-3: Thống kê mạng tải của các đường dây trung thế sau các trạm 110kv 54

Bảng 4-4: Thống kê mạng tải của các đường dây trung thế sau các trạm trung gian 57

Bảng 4-5: Thống kê số lần sự cố (năm 2010) 58

Bảng 4-6: Các đường dây xảy ra nhiều sự cố (năm 2010) 58

Bảng 4-7: Thời gian mất điện trên các phân đoạn 61

1

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện bao gồm sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các

hộ tiêu thụ Để đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng theo qui định và độ tin cậy cung cấp điện thì việc nâng cao chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện Mọi nghiên cứu, tính toán, áp dụng các máy móc, thiết bị công nghệ cao cho hệ thống điện đều cho mục đích nêu trên Khi quy hoạch, thiết kế, đầu tư xây dựng hệ thống điện đều tính đến việc vận hành đạt hiệu quả tối ưu nhất

Trên cơ sở đó để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, nâng cao độ tin cây cung cấp điện Việc đầu tư, lắp đặt các thiết bị tự động trên lưới điện phân phối góp phần nâng cao chất lượng điện năng

Từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao phân đoạn tự động”

Nội dung của đề tài là tìm hiểu về lưới điện phân phối, độ tin cậy cung cấp điện, các yếu tố, phương pháp đáng giá độ tin cậy Tìm hiểu về các chỉ tiêu đánh giá

độ tin cậy của lưới phân phối Tìm hiểu về các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện phân phối Ứng dụng các thiết bị này để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống điện TP Thái Nguyên

2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Các hệ thống điện phân phối của Việt Nam đang phải đối mặt với các thách thức như sau: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của nhu cầu phụ tải do sự phát triển nhanh về kinh tế Trong khi đó, chúng ta lại đang phải đối phó với sự cạn kiệt về tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ… (kể cả tiềm năng về nguồn thủy điện) Các áp lực về việc gìn giữ môi trường cũng làm cho việc xây dựng thêm các nhà máy điện gặp nhiều khó khăn Dẫn đến là chúng ta đang thiếu nguồn điện Thứ hai

là các lưới điện phân phối phức tạp, nhiều nút, nhánh, có nhiều cấp điện áp khác nhau, một số thiết bị đã xuống cấp Bên cạnh đó, lưới điện gặp nhiều các sự cố, với các nguyên nhân từ tự nhiên, sự hư hỏng, già hoá thiết thiết bị, và cả các sai sót của con người trong vận hành Và một thách thức nữa đó là sự xuất hiện các nguồn điện phân tán ở phía tải Chính vì vậy mà hệ thống điện phân phối ngày càng trở lên phức tạp trọng quản lý, vận hành, đặc biệt là có thể dẫn đến các sự cố mất điện trong thời gian dài, gây ra những tổn thất về kinh tế

Với sự phát triển của công nghệ, hiện nay người ta đã và đang áp dụng các thiết bị tự động trong hệ thống điện (HTĐ) phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện (thường biết đến là DAS: Distribution Automation System Hệ thống tự động lưới phân phối) Bước đầu tiên của việc tự động lưới phân phối chính là sự lắp đặt các thiết bị đóng cắt tự động như là: AutoRecloser, Dao phân đoạn tự động Vì vậy trong luận văn này, tác giả sẽ dành để phân tích các ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, nâng cao độ tin cậy trong lưới phân phối với sự có mặt của AutoRecloser

và Dao phân đoạn tự động Phân tích kinh tế, sự hiệu quả khi đầu tư sử dụng các thiết bị tự động đóng cắt trên lưới điện phân phối

Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài "Nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao phân đoạn tự động"

1.4 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay đã có rất nhiều nghiên cứu về độ tin cậy lưới điện phân phối và ứng dụng các thiết bị mới nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Song trong

đề tài này, tác giả muốn tìm hiểu thêm về các thiết bị mới, ứng dụng tính hiệu quả của thiết bị này trong lưới điện phân phối, nhất là khi có sự thay đổi quan niệm về hệ thống phân phối khi có DAS Áp dụng thiết bị mới nêu trên cho một lưới điện phân phối thành phố Thái Nguyên

Lưới điện phân phối là một phần của HTĐ làm nhiệm vụ phân phối điện năng

từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp và lưới điện hạ áp Tính đến nay lưới điện phân phối đã trải khắp các xã trên đất nước, tuy nhiên còn một vài thôn, bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel

- Lưới điện phân phối gồm hai phần:

- Lưới điện phân phối trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV; 10kV; 22kV; 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và các phụ tải trung áp

- Lưới điện phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải hạ

áp

2.1.2 Vai trò lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian; trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải

Lưới điện phân phối được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ

Đảm bảo cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, lưới phải đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải

Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép

5

2.1.3 Các phần tử chính trong lưới điện phân phối

Các phần tử chủ yếu trong lưới điện phân phối:

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

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện

- Thiết bị đóng 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 điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao

- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,

- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết

bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,

Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật

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

độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của lưới điện 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 điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể

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

để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất

2.1.4 Cấu trúc lưới điện phân phối

Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện 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 đồ Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa

Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một, một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện

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

sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất) Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang 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 đổi 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 độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành

sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ đồ vận hành Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện Đó là lưới phân phối hìnhtia không phân đoạn và hìnhtia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

7

Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện để thao tác Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở

Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ

2.1.5 Đặc điểm lưới điện phân phối :

Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng

và có tổn thất lớn Qua nghiên cứu các điện lực trên cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%,

Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối

Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý Chất lượng vận hành của lưới phân phối được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn

2.2 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TỰ ĐỘNG

2.2.1 Máy cắt tự động

Máy cắt điện cao áp dùng để đóng , cắt mạch khi có dòng phụ tải và cả khi có dòng ngắn mạch Thiết bị này chỉ tự động cắt khi có sự cố trên đường dây, thao tác đóng lại sẽ được thao tác bằng tay

8

Máy cắt cao áp là cơ cấu đóng mở cơ khí có khả năng đóng , dẫn liên tục và cắt dòng điện trong điều kiện bình thường và cả trong thời gian giới hạn khi xảy ra điều kiện bất thường trong mạch (ví dụ như ngắn mạch ) Máy cắt được sử dụng để đóng mở đường dây trên không , các nhánh cáp, máy biến áp, cuộn kháng điện và tụ điện Yêu cầu với chúng phải cắt nhanh , khi đóng /cắt không gây nổ hoặc cháy , kích thước gọn nhẹ, giá thành hạ Trong máy cắt cao áp , vấn đề dập tắt hồ quang khi cắt ngắn mạch rất quan trọng Do vậy th ường căn cứ phương pháp dập hồ quang để phân loại máy cắt

- Máy cắt nhiều dầu : Dầu vừa là chất cách điện đồng thời sinh khí để

dập tắt hồ quang

- Máy cắt ít dầu: Lượng dầu ít chỉ đủ sinh khí dập tắt hồ quang còn cách điện

là chất rắn

- Máy cắt không khí: Dùng khí nén để dập tắt hồ quang

- Máy cắt tự sinh khí: Dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí dưới tác dụng của nhiệt độ cao của hồ quang Khí tự sinh ra có áp suất cao dập tắt hồ quang

- Máy cắt điện từ : Hồ quang được dập trong khe hẹp làm bằng vật liệu rắn chịu được hồ quang, lực điện từ đẩy hồ quang vào khe

- Máy cắt chân không: Hồ quang được dập trong môi trường chân không

- Máy cắt SF6: Dùng khí SF6 để dập hồ quang

Nguyên lý cắt của máy cắt đó là việc dập tắt hồ quang Trong máy ngắt cao

áp, thiết bị dập hồ quang là bộ phận chính , khi ngắt mạch điện ở đó xảy ra các quá trình cơ bản dập hồ quang và tiếp theo đ ó là phục hồi độ bền về điện giữa các khoảng trống tiếp điểm Quá trình xảy ra rất phức tạp , phụ thuộc vào sự làm việc của kiểu thiết bị dập hồ quang, phụ thuộc khả năng dập hồ quang của thiết bị và phụ thuộc vào đặc tuyến của quá trình đó Dạng đặc tuyến của quá trình này phụ thuộc vào nguyên tắc tác động của thiết bị và vào các đặc điểm kết quả từng chi tiết của máy cắt Vì vậy việc tính và thiết kế thiết bị dập hồ quang l à một trong các nhiệm

vụ quan trọng khi thiết kế máy cắt Trong tính toán cần phải xác định các tham số

9

của thiết bị và các đặc tuyến của nó

- Phạm vi ứng dụng của máy cắt: Máy cắt thường được dùng trong các nhà máy, xí nghiệp, trạm biến áp trung gian nơi có người trực vận hành

- Các máy cắt điện thường dùng:

Hìnhvẽ 2-1: Máy cắt trung thế

2.2.2 Thiết bị đóng lặp lại tự động Autoreclosers

Phần lớn sự cố trong hệ thống phân phối điện là sự cố thoáng qua Vì vậy, để tăng cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải, thay vì sử dụng máy cắt người ta

sử dụng máy cắt thường đóng lại (Recloser) Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ điều khiển cho phép người ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước Đồng thời đo và lưu trữ 1 số đại lượng cần thiết như: U,

I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch Khi xuất hiện ngắn mạch Recloser mở ra (cắt

mạch) sau một thời gian t 1 nó sẽ tự đóng mạch Nếu sự cố còn tồn tại nó sẽ cắt

mạch, sau thời gian t 2, Recloser sẽ tự đóng lại mạch Và nếu sự cố vẫn còn tồn tại

nó sẽ lại cắt mạch và sau thời gian t 3 nó sẽ tự đóng lại mạch một lần nữa và nếu sự

cố vẫn còn tồn tại thì lần này Recloser sẽ cắt mạch luôn Số lần và thời gian Recloser đóng cắt do người vận hành lập

Nguyên lý làm việc: Khi đường dây đang tải bình thường, trong khoảng cho phép của dòng điện làm việc đối với các thiết bị, RC không có bất kỳ một tác động nào, các tiếp điểm của RC liền mạch (CLOSE), đột nhiên có dòng sự cố đi qua

10

đường dây các tiếp điểm của RC sẽ hở mạch (RC sẽ TRIP) Nếu là sự cố thoáng qua, giả sử như có sự va chạm dây pha với đất (do cây va vào, rắn bò,…) khi bị cúp điện hồ quang tại nơi sự cố coi như bị dập tắt, sau thời gian cúp điện đường dây trở lại bình thường ở dạng vật lý, theo quy định, đường dây sẽ được cung cấp điện trở lại, nếu dòng điện trên đường dây không bị vượt quá mức cho phép, hộ tiêu thụ điện

sẽ được cung cấp điện liên tục trở lại, nếu sự cố vẫn tiếp tục duy trì RC Sẽ cắt (TRIP) tiếp tục, sau số lần đóng lại (theo lập trình) mà vẫn không phục hồi được sự

cố RC sẽ cắt vĩnh viễn (look out) chờ người sửa chữa đến kiểm tra phục hồi sự cố Phạm vi ứng dụng:

- Recloser thường được trang bị cho những đường trục chính công suất lớn và đường dây dài đắt tiền

- Ngoài ra thiết bị trên còn cho phép các nhà kỹ thuật theo dõi một cách tin cậy nhất các tình trạng tác động của thiết bị, tình trạng hoạt động của phụ tải trong một khoảng thời gian lớn, nhờ vào bộ phận lưu trữ dữ liệu sự cố, tin cậy đảm bảo thông tin không bị mất đi khi xảy ra bất cứ trường hợp nào

Mô hìnhthiết bị:

Hìnhvẽ 2-2: Autorecloser trung thế

2.2.3 Dao phân đoạn tự động

Áp dụng cho lưới hìnhtia một nguồn cung cấp có phân nhánh

Ở đầu đường dây ta sử dụng máy cắt có trang bị rơle tự đóng lại hoặc sử dụng Recloser Tại đầu mỗi phân nhánh, ta đặt một dao cách ly tự động (DCLTĐ) Khi xảy ra sự cố trên một nhánh rẽ nào đó, máy cắt đầu đường dây sẽ cắt Trong khoảng

11

thời gian không điện dao cách ly tự động ở đầu nhánh rẽ bị sự cố được tự động cắt

ra, tách phần tử sự cố ra khỏi lưới điện

Sau khi dao cách ly tự động đã tách nhánh sự cố, rơle tự đóng lại đặt ở đầu đường dây đóng trở lại máy cắt nguồn, khôi phục cấp điện cho các nhánh không

12

CHƯƠNG 3: CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY CỦA

HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI

3.1 ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN

3.1.1 Khái niệm về độ tin cậy

Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định [1]

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

Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử

Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng thống kê,

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

Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện 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 đó độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợp hơn, đó là độ sẵn sàng

Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ

Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất

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

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

3.1.2 Độ tin cậy của hệ thống

Như đã giới thiệu ở phần trên, hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm nhièu phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp Hệ thống điện thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho từng vùng

13

hoặc toàn hệ thống Có thể chia thành 4 nhóm nguyên nhân gây mất điện như sau:

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

- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện

- Do hoạt động của hệ thống:

+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải,

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện

- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào đất, hoả hoạn, phá hoại,

Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy hiểm và lan rộng do lụt, bão, khi đó các đơn vị điện lực không đủ người, phương tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp

3.1.3 Độ tin cậy của phần tử

Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết định độ tin cậy của hệ thống Các khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống Do đó nghiên cứu

kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết Ở đây sẽ xét cụ thể độ tin cậy của phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi

3.1.3.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử phục hồi chỉ làm việc đến phần hỏng đầu tiên Thời gian làm việc của phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng hay còn gọi là thời gian phục vụ T là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không biết trước

Ta có hàm phân bố là FT(t) 1:

FT(t) = P (T  t) (3.1)

P (T  t) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 đến thời điểm t bất kỳ;

t là biến số Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trước hoặc đúng thời điểm t

Hàm mật độ là fT(t) 1:

)(

1)

0

t t T t P t t

( ( ) (3.3)

dt

t t

f

T

) ( )

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

- Độ tin cậy R(t)

Theo định nghĩa độ tin cậy thì hàm tin cậy R(t) có dạng:

R(t) = P (T  t) (3.4)

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

ra ở sau thời điểm t

F(t)

R(t)

15

suất để phần tử đã phục vụ đến thời điểm (t).t sẽ hỏng trong khoảng tiếp theo [3]

) ( 1

) ( )

(

) ( )

(

t

t t

R

t t

F

f f

T

T T







 (3.6) Công thức (3.6) cho quan hệ giữa các đại lượng: Hàm phân bố, hàm mật độ,

độ tin cậy và cường độ hỏng hóc

Nếu lấy logarit của R(t) rồi đạo hàm theo t, sẽ được [1]



 

t

dt t

e t

))

(



(3.7) Công thức (3.7) là công thức cơ bản cho phép tính được độ tin cậy của phần tử khi biết cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc được xác định nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:

(t) =  = hằng số

Do đó:

R(t) = e-t ; FT(t) = 1 - e-t ; fT(t) = .e-t (3.8) Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình [1]:

0

)

()

(.)

(

dt

t dR t dt t f

Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mô tả nhờ hoặc là (t) hoặc là R(t) Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, (t) có dạng hìnhchậu (Hình3.2a),

có thể chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:

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

16

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

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

Hìnhvẽ 3-2: Cường độ hỏng hóc (t)

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hóa, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb(Hình3.2b),

Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như (t) là hằng số và bằng tb để tính toán độ tin cậy

3.1.3.2 Phần tử phục hồi

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

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

Thông số của dòng hỏng hóc (t) [1]:

P t

0

 (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + t) (3.10)

So với định nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc tốt

từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn đúng

vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời

Vì lý do này mà cường độ 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 

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng (Hình3.3)

Nếu khởi đầu 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 , phần tử trở lại trạng thái làm việc

(a)

(b)

Hìnhvẽ 3-3: Mô hìnhvà giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng)

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như mới

Ở đây 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 đủ) Để đánh giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đại lượng Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết

để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

18

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

( 1

(

).

( )

(

) ( )

( ).

(

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

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là 

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

T

LV LV CK

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

F(t) = 1 - e-t (phân bố xác suất của thời gian hỏng hóc)

19

Trong đó



 1 là cường độ phục hồi,  là thời gian hỏng hóc trung bình

Áp dụng quá trình Markov cho sơ đồ (Hình1.3), trong đó  và  chính là cường độ chuyển trạng thái, sẽ tính được xác suất của trạng thái làm việc PLV(t) và xác suất trạng thái hỏng PH(t)

2 ).

T

T A

Q (khi TLV >> ,  << ) (3.12b) Khi đó:

LV LV

PLV thường có giá trị xấp xĩ 1, nên có thể coi gần đúng  

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:

- Số lần hỏng  trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra:

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

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

ĐK: Cường độ xảy ra bảo dưỡng đinh kỳ

ĐK: Cường độ bảo dưỡng định kỳ

Ta thấy khi phần tử đang bảo dưỡng định kỳ thì không thể xảy ra hỏng hóc, còn bảo dưỡng định kỳ không thể bắt đầu khi phần tử ở trạng thái hỏng

Nếu giả thiết thêm rằng, thời gian giữa hai lần bảo dưỡng định kỳ TĐK cũng tuân theo luật mũ, thì có thể tìm được xác suất trạng thái bằng mô hìnhmarkov Giả

21

thiết này không đúng thực tế, vì bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch tiền định, tuy nhiên mô hìnhvẫn cho kết quả khá gần thực tế và có thể rút ra từ đó nhiều kết luận hữu ích

Ở chế độ xác lập (chế độ dừng t = ), ta có:

K K

K

K

D D

D

D T

K

K

.

.

.

D D

D

D DK

K

K

.

.

.

D D

D

D H

D D H

Ta thấy độ không sẵn sàng A đúng cho cả trường hợp này

Tương tư với PH, PĐK hay QĐK là:

K K K

K K

K

. D

D D

D D

D DK

PĐK còn gọi là hệ số bảo dưỡng định kỳ

Các biểu thức (3.14) và (3.15) cho phép tính được xác suất của trạng thái H và bảo dưỡng định kỳ

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

3.2.1 Phương pháp đồ thị giải tích

Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng phương pháp giải tích bằng đại số Boole, lý thuyết xác suất thống kê, tập hợp để tính toán độ tin cậy

22

Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích ảnh hưởng

của hư hỏng phần tử đến hư hỏng hệ thống Sơ đồ độ tin cậy bao gồm các nút

(nguồn, tải, trung gian) và các nhánh Nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối nút

nguồn và nút tải của sơ đồ Trạng thái hoạt động của hệ thống là trạng thái có ít nhất

một đường nối từ nút nguồn đến nút tải Khi nút nguồn và nút tải bị tách rời do

hỏng các phần tử thì hệ thống ở trạng thái hỏng Các dạng sơ đồ độ tin cậy như sau:

- Sơ đồ nối tiếp (hình3.5): Hệ thống hỏng khi có một phần tử hỏng

- Sơ đồ song song (hình3.6): Hệ thống hỏng khi tất cả các phần tử hỏng

- Sơ đồ hỗn hợp (hình3.7): Hệ thống thể hỏng khi một số phần tử hỏng

Trên cơ sở phân tích sơ đồ độ tin cậy và các tính toán giải tích ta tính được các

chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống

3.2.2 Phương pháp không gian trạng thái

Phương pháp không gian trạng thái trong đó sử dụng quá trình ngẫu nhiên

Markov là chính, trong phương pháp này hệ thống điện được diễn tả bởi các trạng

thái hoạt động và khả năng chuyển giữa các trạng thái đó Trạng thái hệ thống được

xác định bởi tổ hợp các trạng thái của các phần tử, mỗi tổ hợp trạng thái của phần tử

cho một trạng thái của hệ thống Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau như:

trạng thái tốt, trạng thái hỏng, trạng thái bảo dưỡng định kỳ do đó mỗi sự thay đổi

trạng thái của phần tử đều làm cho hệ thống chuyển sang một trạng thái mới

3

2

có thể áp dụng quá trình Markov đồng nhất Quá trình ngẫu nhiên Markov là đống nhất nếu thời gian hệ thống ở trạng thái bất kỳ tuân theo luật phân bố mũ với xác suất chuyển pij không phụ thuộc vào thời gian, pij gọi là cường độ chuyển trạng thái

và được định nghĩa như sau:

j

= i]) (3.16)

Đó là xác suất ở thời điểm t, hệ thống ở trạng thái i nhưng ở thời điểm t + t

hệ thống chuyển sang trạng thái j, trong đó X chỉ trạng thái của hệ thống

Quá trình ngẫu nhiên Markov có thể là:

+ Rời rạc trong không gian và liên tục trong thời gian

+ Rời rạc trong không gian và theo thời gian (xích Markov)

Ưu điểm của phương pháp không gian trạng thái là có thể xét các phần tử

có nhiều

trạng thái khác nhau và với các giả thuyết nhất định có thể áp dụng phương pháp quá trình Markov một cách hiệu quả để tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái, từ đó tính được các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống

3.2.3 Phương pháp cây hỏng hóc

Phương pháp cây hỏng hóc được 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 Cây hỏng hóc mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mãng của hệ thống, giữa các hỏng hóc cơ bản và hỏng hóc hệ thống Phương pháp cây hỏng hóc là phương pháp rất hiệu quả để nghiên cứu độ tin

24

cậy của các hệ thống phức tạp, có thể áp dụng cho hệ thống điện

3.2.4 Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo

Phương pháp Monte - Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên Nó tạo ra lịch sử hoạt động của các phần tử

và của 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 rút ra các kết luận về độ tin cậy của phần tử và hệ thống

Mỗi phương pháp đều có ưu thế riêng cho từng loại bài toán Phương pháp Monte - Carlo được sử dụng chủ yếu cho giải tích độ tin cậy của hệ thống điện Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với độ tin cậy của các nhà máy điện Các bài toán về độ tin cậy của nguồn điện thường sử dụng phương pháp không gian trạng thái Bài toán độ tin cậy của lưới điện sử dụng phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị - giải tích rất có hiệu quả Ở đây chúng ta sử dụng phương pháp đồ thị - giải tích cho việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối

Ưu điểm của phương pháp này là dễ sử dụng, có thể áp dụng cho các hệ thống rất phức tạp mà các phương pháp khác không áp dụng được Đối với hệ thống điện, phương pháp Monte - Carlo cho phép tính được ảnh hưởng của các hoạt động vận hành đến độ tin cậy của hệ thống, do đó phương pháp này ngày càng có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện

Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và kết quả có độ tán xạ rất cao

3.3 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ bản, đó là cường độ mất điện trung bình λ (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình

T của phụ tải

Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định 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 đại diện một cách

25

toàn diện để thể hiện độ tin cậy của hệ thống Chẳng hạn các chỉ tiêu trên được đánh giá không thể hiện được tương ứng với 1 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại điểm đánh giá là 10kW hay 10MW Để đánh giá được một cách toàn diện

về sự mất điện của hệ thống, người ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau:

3.3.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống- SAIFI

Chỉ tiêu này xác định số lần mất điện đối với khách hàng bị ảnh hưởng

3.3.3 Thời gian mất điện trung bình của hệ thống- SAIDI

Tổng số thời gian mất điện của khách hàng Ti NiSAIDI = = Tổng số khách hàng Ni

Ở đây Ti là thời gian mất điện trung bình hàng năm và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm

3.3.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng-CAIDI

Tổng số thời gian mất điện của khách hàng Ti Ni

Tổng số lần mất điện của khách hàng i Ni

Ở đây i là cường độ mất điện, Ti là thời gian mất điện trung bình hàng năm

và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm cho một lần mất điện

26

3.3.5 Tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng

Tổng số thời gian mất điện của khách hàng Ti Ni

Tổng số khách hàng bị mất điện Ni

Ở đây Ti là thời gian mất điện trung bình hàng năm và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i Chỉ tiêu này xác định tổng thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm

3.3.6 Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI và (ASUI)

Số giờ khách hàng được cung cấp điện

Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ thống

3.3.7 Năng lượng không được cung cấp- ENS

ENS = Tổng số điện năng không được cung cấp bởi hệ thống = Pi Ti

Ở đây Pi là tải trung bình được nối vào nút tải thứ i Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất đối với hệ thống trong một năm

3.3.8 Điện năng trung bình không được cung cấp- AENS

Tổng điện năng không cung cấp được Pi Ti

AENS = =

Tổng số khách hàng được phục vụ Ni

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng trong một năm

27

3.3.9 Chỉ số mất điện khách hàng trung bình-ACCI

Tổng số điện năng không cung cấp được

ACCI =

Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng

bị ảnh hưởng trong một năm

3.4 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG

Trong mục này ta tính toán, nghiên cứu việc áp dụng các thiết bị đóng cắt trên lưới điện mô phỏng bằng các thiết bị: Máy cắt, cầu dao, cầu chì từ đó có các chỉ số tin cậy

Trong tính toán độ tin cậy, lưới điện hình tia gồm các phần tử mắc nối tiếp, nên các chỉ số trung bình cơ bản về độ tin cậy của hệ thống được tính như sau:

s = i (3.17)

Ts = i ti (3.18)

ts = Ts / s = ( i ti )/( i ) (3.19) Trong đó:

- i, s là cường độ mất điện trung bình của từng thành phần (đoạn lưới)

và của hệ thống trong một năm (lần/năm)

- ti, ts là thời gian mất điện trung bình của từng thành phần (đoạn lưới) và của hệ thống cho một lần mất điện (giờ/lần)

- Ts là thời gian mất điện trung bình năm của hệ thống

3.4.1 Vận hành theo sơ đồ lưới điện hình tia có rẽ nhánh

Xét sơ đồ lưới điện như hình 3.8 các sự cố xảy ra trên mỗi đoạn 1, 2, 3, 4 hoặc trên các nhánh rẽ a, b, c, d đều làm máy cắt đầu nguồn tác động và toàn hệ thống sẽ

bị mất điện Sau khi sự cố được khắc phục máy cắt sẽ được đóng lại để phục hồi việc cấp điện Trên cơ sở các số liệu về suất sự cố trung bình và thời gian mất điện trung bình ta tính được các chỉ tiêu về độ tin cậy cho các nút tải A, B, C, D và sẽ được kết quả các trị số , t, T ở các nút tải là như nhau

28

Trong thực tế sự mất điện trên đường dây có tỷ lệ tương ứng với chiều dài của

nó Giả sử cho suất sự cố bình quân trên các đoạn tuyến trục chính là = 0,1 lần/km.năm và các nhánh rẽ là 0,2 lần/km.năm, thời gian sự cố, chiều dài đường dây, số lượng khách hàng và tải bình quân cho ở bảng 3.1 và bảng 3.2, ta sẽ được kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút phụ tải cho ở bảng 3.3

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

Khi đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trên là:

SAIFI = 2,2 lần mất điện/khách hàng.năm

SAIDI = 6,0 giờ /khách hàng.năm

CAIDI = 2,73 giờ /lần mất điện

ASAI = 0,999315

ENS = 84,0 MWh/năm

AENS = 28,0 kWh/khách hàng.năm

30

3.4.1.1 Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì

Hìnhvẽ 3-9: Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu chì

Thực tế đối với lưới điện phân phối hiện nay tại đầu mỗi nhánh rẽ thường được lắp đặt các cầu chì tự rơi như trong hình3.9 Khi ngắn mạch xảy ra trên các nhánh rẽ thì cầu chì sẽ tác động, nhánh rẽ bị sự cố được tách ra, không làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác Do đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống sẽ được thay đổi Trong trường hợp này các chỉ tiêu về độ tin cậy sẽ được cải thiện cho tất cả các nút tải, mặc

dù việc cải thiện này là khác nhau cho mỗi nhánh Nút tải có độ tin cậy thấp nhất là điểm B, bởi vì nhánh rẽ này chịu ảnh hưởng của sự cố lớn hơn cả, do chiều dài nhánh

rẽ lớn nhất nên cường độ sự cố cao hơn, thời gian mất điện sẽ nhiều hơn Kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải cho ở Bảng 3.4

Bảng 3-4: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình3.9

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

31

Các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống sẽ là:

SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm

SAIDI = 3,91 giờ /khách hàng.năm

CAIDI = 3,39 giờ /lần mất điện

ly đoạn sự cố ra để sửa chữa, máy cắt được đóng lại để cấp điện cho các phụ tải trước đoạn bị sự cố Trong trường hợp này những chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải

A, B, C được cải thiện Mức độ cải thiện sẽ lớn hơn đối với những điểm gần nguồn

và ít hơn nếu xa nguồn, chỉ tiêu tại nút D không thay đổi vì không thể cách ly được nữa nếu sự cố xảy ra trên đoạn này

Hìnhvẽ 3-10: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ

bảo vệ bằng cầu chì

Với những điểm đặt dao cách ly như trên hình 3.10, giả sử tổng số thời gian thao tác dao cách ly và máy cắt để cách ly đoạn sự cố là 0,5 giờ thì các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải cho ở bảng 3.5

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)

Các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống sẽ là:

SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm

SAIDI = 2,58 giờ /khách hàng.năm

CAIDI = 2,23 giờ /lần mất điện

ASAI = 0,999706

ENS = 35,2 MWh/năm

AENS = 11,7 kWh/khách hàng.năm

3.4.1.3 Lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt

Hìnhvẽ 3-11: Sơ đồ lưới điện hìnhtia phân đoạn bằng máy cắt

33

Trong thực tế để tăng cường độ tin cậy lưới điện phân phối người ta cũng sử dụng máy cắt để phân đoạn Trong trường hợp này khi có sự cố trên các đoạn, máy cắt phân đoạn sẽ tác động cắt đoạn bị sự cố ra và các đoạn trước máy cắt phân đoạn vẫn được liên tục cấp điện Các chỉ tiêu độ tin cậy cho các nút tải sẽ được cải thiện hơn trường hợp phân đoạn bằng dao cách ly, do máy cắt có thể tự động cắt đoạn sự

cố ra khỏi lưới, nên số lần mất điện và thời gian mất điện sẽ thấp hơn Tuy nhiên, do máy cắt có giá thành rất cao so với dao cách ly (gấp khoảng 15 lần), nên trong thực tế việc dùng máy cắt hay dao cách ly, với số lượng bao nhiêu, đặt tại những vị trí nào là bài toán tối ưu về kinh tế, kỹ thuật được xem xét kỹ khi đầu tư

Với sơ đồ hình 3.11 kết quả tính toán các chỉ tiêu về độ tin cậy của các nút phụ tải cho ở bảng 3.6 và các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống sẽ là:

SAIFI = 0,77 lần mất điện/khách hàng.năm

SAIDI = 2,39 giờ /khách hàng.năm

CAIDI = 3,09 giờ /lần mất điện

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)



(l/n)

t (g/l)

T (g/n)