ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY SAIFI SAIDI CAIFI CAIDI

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.Các chỉ số bổ sung của hệ thống là:Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI)Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình hệ thống (SAIDI)Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình khách hàng (CAIFI)Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình khách hàng (CAIDI)Chỉ tiêu khả năng sẳn sàng cung cấp (ASAI)Chỉ tiêu khả năng khôngsẳn sàng cung cấp (ASUI)Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng (ENS)Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng trung bình (AENS)

2

NỘI DUNG

1 ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN 4

1.1: Độ tin cậy là gì 4

1.2: Có 4 phần liên quan đến độ tin cậy 4

1.3: Độ tin cậy của hệ thống điện 4

1.4: Đáp ứng hệ thống 4

1.5: An ninh hệ thống 4

1.6: Các lĩnh vực chức năng 4

1.7: Các mức đánh gía độ tin cậy đáp ứng tĩnh 5

1.7.1: Mức thứ nhất: 5

1.7.2: Mức thứ hai: 5

1.7.3: Mức thứ ba: 5

1.8: Các ký hiệu trong độ tin cậy: 5

1.9: Chỉ số hệ thống (System Indices) 6

1.10: Xác định các chỉ số tin cậy 6

1.11: Các thuật ngữ cơ bản của hỏng hóc, cắt thiết bị và ngừng cung cấp điện 6

1.11.1: Sự cố hỏng hóc: 7

1.11.2: Cắt thiết bị: 7

1.11.3: Ngừng cung cấp điện: 7

1.12: Các chỉ số tại nút tải –hệ thống phân phối 8

1.13: Tính toán , r và U 8

1.14: Khả năng sẳn sàng làm việc của thiết bị 9

1.15: Tổng quan cơ bản về độ tin cậy của hệ thống phân phối 10

1.16: Định nghĩa các chỉ tiêu độ tin cậy: 11

1.16.1: SAIFI (Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống) 11

1.16.2: SAIDI (Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống) 11

1.16.3: CAIFI (Tần suất mất điện trung bình của khách hàng) 11

1.16.4: CAIDI (thời gian mất điện trung bình của khách hàng) 11

1.16.5: ASAI 11

1.16.6: ENS =  L a(i) u i 12

1.16.7: AENS 12

1.16.8: ACCI 12

1.16.9: ASIFI 12

1.16.10: ASIDI – Load Based 12

1.16.11: MAIFI 13

1.16.12: CEMIn 13

1.16.13: CEMSMIn 13

2 CÁC TÍNH TOÁN CƠ BẢN CHO MẠNG HÌNH TIA 15

2.1: Nguyên tắc tính toán: 15

2.2: Các chỉ số độ tin cậy cơ bản –tại nút tải: 15

2.2.1: Ảnh hưởng của bảo vệ đường dây phân phối 19

2.2.2: Ảnh hưởng của cầu dao phân đoạn: 21

2.2.3: Ảnh hưởng tác động nhầm của bảo vệ 22

2.2.4: Ảnh hưởng của chuyển nguồn 24

3

2.3: Các ví dụ tính toán độ tin cậy khác 27

2.3.1: Mạng hình tia đơn giản 28

2.3.2: Mạng thực tế khác: 29

2.3.3: Nếu có khách hàng trước nhánh rẽ: 30

2.3.4: Thêm nhánh: (KHÔNG DAO CÁCH LY) 30

2.3.5: Anh hưởng của hư hỏng bảo vệ: 31

2.4: Kết quả trong trường hợp cơ bản 32

2.5: Anh hưởng của cầu chì phía nhánh rẽ 33

2.6: Nâng cao độ tin cậy bằng cách lắp thêm hai dao cách ly 34

2.7: Anh hưởng của bảo vệ tác động sai 35

2.8: Chuyển tải sang nguồn dự trữ 36

2.8.1: Chuyển tải không bị hạn chế bởi nguồn dự trữ 36

2.8.2: Tác động của hạn chế chuyển nguồn – 60% 37

2.8.3: Đường dây song song được cung cấp bởi một nguồn 39

2.8.4: Thêm vào một máy cắt phân đoạn 40

2.8.5: Thêm vào 1 dao cách ly : 41

2.8.6: Thêm vào 2 dao cách ly và máy cắt phân đoạn: 42

2.8.7: Thêm vào 3 dao cách ly và máy cắt phân đoạn: 43

1.2: Có 4 phần liên quan đến độ tin cậy

 Định nghĩa sau đây được chia thành 4 phần cơ bản:

 Xác suất tự nhiên

 Chế độ làm việc thích hợp (tuỳ thuộc vào các yêu cầu)

 Thời gian cung cấp công suất liên tục

 Các điều kiện vận hành (có thể khác nhau)

1.3: Độ tin cậy của hệ thống điện

 Phân loại thành hai hướng cơ bản

An ninh hệ thống nói lên khả năng đáp ứng với các nhiễu loạn xảy ra trong chính

hệ thống đó, do vậy liên quan với hệ thống ở trạng thái động Chú ý rằng hầu hết tất cả các kỹ thuật hiện có dùng vào việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện nằm trong phạm vi đánh giá đáp ứng tĩnh

MỨC II MỨC I

1.7.1: Mức thứ nhất:

Nghiên cứu về khả năng của hệ máy phát cấp điện cho tải Hệ thống truyền tải khơng được xét đến ở mức này Chỉ số tin cậy của mức thứ nhất là Chỉ Số Dự Báo Mất Tải (LOLE) và Chỉ Số Dự Báo Thiếu Năng lượng Cung Cấp (LOEE)

1.7.2: Mức thứ hai:

Nghiên cứu về hệ thống phát và hệ thống truyền tải cung cấp năng lượng tại các nút tải Các nghiên cứu này là đánh giá hỗn hợp của hệ thống Chỉ số của mức II mang tính tồn cục hay tại một thanh cái cung cấp điện gồm cĩ tần suất, thời gian, phụ tải và năng lượng

Các chỉ số bổ sung này có thể được tính toán bằng cách sử dụng các chỉ số cơ bản

và số lượng khách hàng và tải kết nối tại mỗi điểm trong hệ thống

Các chỉ số bổ sung của hệ thống là:

Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI)

Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình hệ thống (SAIDI)

Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình khách hàng (CAIFI)

Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình khách hàng (CAIDI)

Chỉ tiêu khả năng sẳn sàng cung cấp (ASAI)

Chỉ tiêu khả năng khôngsẳn sàng cung cấp (ASUI)

Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng (ENS)

Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng trung bình (AENS)

Các chỉ tiêu trên cũng có thể được tính toán để dự báo khả năng làm việc trong tương lai

7

Sự cố hỏng hóc là trạng thái của một phần tử hệ thống mà nó không hoạt động như mong muốn Kết quả là phải cắt phần tử đó ra khỏi hệ thống Tuy nhiên không phải mọi hỏng hóc đều đưa đến cắt điện

 Cắt theo lịch: thiết bị đưa ra khỏi vận hành theo thời gian định trước, thông thường khi có bảo trì, sửa chữa hoặc xây dựng

 Cắt cưỡng bức ngắn hạn: do các sự cố thoáng qua gây ra, các thiết bị có thể được đưa vào vận hành trở lại tự động khi các CB, máy cắt tự đóng lại, hoặc khi thay thế cầu chì

 Cắt cưỡng bức do vận hành: do các sự cố không thể tự giải trừ được cần phải sửa chữa thiết bị trước khi đưa vào vận hành Ví dụ: khi xảy ra phóng điện làm chọc thủng cách điện , vì vậy cần sửa chữa hay thay thế trước khi đưa vào vận hành

Mất điện một hay nhiều khách hàng Nguyên nhân là do một hay nhiều thiết bị cắt khỏi vận hành

 Mất điện định kỳ: Mất điện gây ra do cắt theo lịch

 Mất điện cưỡng bức: gây ra do cắt cưỡng bức

 Thời gian mất điện: khoảng thời gian từ lúc bắt đầu cắt điện khách hàng cho đến khi phục hồi lại cho khách hàng đó

 Mất điện thoáng qua: Mất điện có thời gian nhỏ, thiết bị được đưa vào vận hành trở lại, do bộ phận giám sát điều khiển tự động hay bằng tay bởi người vận hành có thể thao tác tức thời

 Mất điện duy trì: là các trường hợp còn lại không thuộc loại mất điện thoáng qua

8

1.12: Các chỉ số tại nút tải –hệ thống phân phối

Độ tin cậy liên quan đến hoạt động tại điểm cung cấp cho khách hàng, có nghĩa là

ở tại các nút tải

Các chỉ số cơ bản được sử dụng để ước lượng độ tin cậy của lưới phân phối là:

Cường độ sự cố nút tải (lamda)

Thời gian cắt trung bình (r) – (để sửa chữa)

Thời gian cắt hàng năm (U)

Giai đoạn

ổn định

Giai đoạn lão hoá Thời gian

Cường độ sửa chửa của phần tử:

Cường độ sửa chửa được xác định tương tự như cường độ hỏng hóc

Thời gian trung bình giửa hỏng hóc hay thời gian trung bìnhvận hành an toàn

10

Ví dụ 1:

Công ty phân phối có 7500 máy biến áp phân phối đang vận hành trong chu kỳ 10 năm, 140 máy biến áp bị hỏng vì nhiều lý do khác nhau Một số lượng nhỏ của chúng có thể được sửa chữa, nhưng hầu hết các số còn lại đều phải thay bằng máy mới Thời gian thay thế hoặc sửa chữa sẽ được ghi lại Cộng tất cả các thời gian sửa chữa của 140 máy sẽ cho thời gian tổng cộng là 7500 giờ

Từ các số liệu này chúng ta tính:

7500 10

0

006 , 0





.Điều này có thể được giải thích như sau:

Mỗi máy biến áp co xác suất 0.0019 xảy ra hư hỏng trong năm tới

Sau khi xảy ra sự cố, thời gian sửa chữa hoặc thay thế là 52.6 giờ

Mỗi máy biến áp sẽ không vận hành, tính trung bình là 6 phút 1 năm

Chú ý rằng chú ta đã sử dụng các số liệu đã hoạt động trước đó để dự đoán kết quả tương lai Đây là cơ sở cho việc phân tích độ tin cậy: giả sử rằng hoạt động bình quân trong quá khứ sẽ đánh giá các hoạt động trong tương lai

1.15: Tổng quan cơ bản về độ tin cậy của hệ thống phân phối

Độ tin cậy được xác định bởi số lượng và thời gian xảy ra sự cố trong hệ thống Giảm thiểu các sự cố sẽ làm tăng độ tin cậy

Độ tin cậy được kiểm tra bằng cách sử dụng các chỉ số dựa trên cường độ sự cố và thời gian sửa chữa trung bình

11

1.16: Định nghĩa các chỉ tiêu độ tin cậy:

SAIFI cho biết thơng tin về tần suất trung bình các lần mất điện duy trì trên mỗi khách hàng của một vùng cho trước

Tổng số khách hàng bị mất điện Tổng số khách hàng có điện

Cho biết thời gian trung bình của mất điện duy trì

Cho biết tần suất trung bình của các lần mất điện duy trì đã xảy ra đối với khách hàng Trong phép tính này ta chỉ quan tâm tới số lượng khách hàng và lờ đi số lần mất điện

Thể hiện thời gian phục hồi của mất điện duy trì

(Khả năng sẳn sàng vận hành)

12

Chỉ tiêu này được biểu diễn dưới dạng phân số của thời gian (thường là phần trăm), nĩi lên thời gian cĩ điện của khách hàng trong năm hay trong thời gian được định trước

i i i i

Số giờ khách hàng yêu cầu cấp điện c o ù t hể đươ ïc

Số giờ khách hàng yêu cầu cấp điện

ASUI = 1 – ASAI

Tổng điện năng khơng được cung cấp bởi hệ thống

La(i) – Cơng suất tải trung bình tại nút thứ i

ui – thời gian cắt điện hằng năm

Điện năng trung bình khơng được cung cấp

a(i) i i

L u N



Tổng điện năng không được cung cấp

Tổng số khách hàng được cấp điện

Chỉ tiêu cắt xén điện năng trung bình của khách hàng

ACCI  Tổng điện năng không được cung cấpTổng số khách hàng bị ảnh hưởng

Chỉ số này chủ yếu tính tốn độ tin cậy dựa trên cơng suất thay vì dựa trên số lượng khách hàng Chỉ số này quan trọng đối với phần lớn các khách hàng cơng nghiệp hay thương mại Nĩ cịn được dùng cho các mạng cơng cộng ở đĩ thể loại khách hàng khơng đa dạng lắm Tương tự như SAIFI, nĩ cho biết thơng tin về tần suất trung bình mất điện duy trì

ASIFI  Tổng số kVA nối vào hệ thống được cấp điệnSố kVA kết nối vào hệ thống bị mất

Chỉ số này được xây dựng cĩ cùng ý tưởng với ASIFI, nhưng nĩ thơng tin về thời gian trung bình mất điện duy trì của hệ thống

ASIDI  Tổng số kVA nối vào hệ thống được cấp điệnSố phút mất điện

CEMIn  Số khách hàng trải qua n lần mất điện thoáng quaTổng số khách hàng được cấp điện

1.16.13: CEMSMIn

Chỉ số này dùng để theo dõi số lượng n khách hàng mất điện kéo dài và mất điện thống qua của một tập các khách hàng riêng biệt Mục đích của nĩ là giúp nhận biết những khĩ khăn của khách hàng mà khơng thể thấy được khi sử dụng chỉ số trung bình

CEMSMIn  Số khách hàng trải qua n lần mất điện duy trìTổng số khách hàng được cấp điện

Ví dụ 2: ( ước lượng thơng số vận hành)

Xét một phần hệ thống cĩ 6 nút tải Số lượng khách hàngcơng suất tải trung bình nối vào thanh cái được cho trong bảng sau

Nút tải Số lượng khách hàng Ni CS tải trung bình La (kW)

Số lượng khách hàng

Thời gian cắt xén của khách hàng

750

450

Số lượng khách hàng bị ảnh hưởng: 800+600+300+500=2000=Na

Thông tin cho trong bảng 1&2 cho phép tính được tất cả các chỉ số

Interrupti N

N CAIFI

N

d N

hours N

d N CAIDI

0 8760

.

8760

kWh d

L

ENS c  31900

customer kW

31900 





15

2 CÁC TÍNH TOÁN CƠ BẢN CHO MẠNG HÌNH TIA

Đa số các mạng phân phối đều vận hành hình tia Một hệ thống có thể tạm thời vận hành theo mạch vòng trong khi sửa chữa nhưng cũng sẽ trở lại vận hành hình tia bởi một máy cắt phân đoạn bình thường mở

Tất cả các phần tử đều nối tiếp

s s

r U

r







17

Khách hàng xa nguồn cung cấp nhất có số lần cắt điện và hệ số không sẳn sàng lớn

Ví du 4:

Bảng 2.1 – thông số độ tin cậy của hệ thống

Đường dây l(km) (f/yr) r (giờ)

Interrupti N

N

N u SAIDI

hours

N

N u CAIDI

i i

i i

/ 04

,

6

100 45 , 0 150 3 , 0 200 2 , 0

100 9 , 2 150 7 , 1 200 2 , 1

0 8760

450

) 100 9 , 2 150 7 , 1 200 2 , 1 ( 8760 450

8760

8760

N

N u N

ASAI

yr kWh

u L

/ 3550 9

, 2 400 7 , 1 700 2 , 1





customer kWh

N

ENS AENS

i

/ 89 , 7 450

Trong ví dụ này AENS = 28 kWh / k.h năm

, độ tin cậy tại các nút giống hệt nhau

2.2.1: Ảnh hưởng của bảo vệ đường dây phân phối

Thí vu 5:

Thêm bảo vệ trên đường dây rẽ nhánh trong mạng phân phối:

D C

B A

Hình 3: sơ đồ có lắp cầu chì trên các nhánh rẽ Trị số độ tin cậy cho ở bảng

4C

Hình 4: sơ đồ có lắp cầu dao phân đoạn Nâng cao độ tin cậy của mạng bằng cách phân đoạn nhánh chính bằng cầu dao Khi có sự cố trên náhnh 2,3, hay 4 máy cắt đầu nguồn sẽ mở, sau đó cách ly nhánh

sự cố bằng dao cách ly và đóng nguồn trở lại Giả thuyết htời gian cô lập sự cố bằng dao cách ly là 0,5 giờ Lúc đó chỉ tiêu độ tin cậy được tính lại ở bảng

2.2.3: Ảnh hưởng tác động nhầm của bảo vệ

Giả sử rằng cầu chì làm việc với xác suất là 0,9 Nghĩa là cầu chì mở đúng 9 lần trong 10 lần khảo sát

Tính toán cường độ sự cố dùng nguyên tắc:

Cường độ sự cố=(cường độ sự cố/cầu chì làm việc)*P(cau chì làm việc ) + (cường

(1/ năm) r(h) U(h/ năm) (1/ năm) r(h) U(h/ năm)

(1/ năm) r(h) U(h/ năm) (1/ năm) r(h) U(h/ năm)

Kết quả tính toán cho thấy chỉ tiêu độ tin cậy các nút giảm

24

2.2.4: Ảnh hưởng của chuyển nguồn

Xét hệ thống có nhánh 4 có thể kết nối với nguồn phân phối khác thông qua dao cách ly bình thường mỡ.Trong trường hợp này giả thiết nguồ n dự phòng không bị hạn chế công suất cung cấp

Hình 6: sơ đồ mạng có thể chuyển phụ tải sang nguồn dự trữ

Nhận thấy cường độ sự cố của mỗi điểm tãi không thay đổi.Các chỉ tiêu tại điểm A không thay đổi vì nguồn dự phòng không thể hồi phục cho điểm A Hiệu quả đến các phụ tải càng nhiều nếu phụ tải càng gần nguồn dự phòng

Example 9: ảnh hưởng cuả nguồn dự phòng bị hạn chế

Trong nhiều trường hợp nguồn dự trữ không đáp ứng đủ cho phụ tải

Lưu y trong trường hợp này thời gian cắt một biến cố hỏng hóc là thời gian thao tác chuyển nguồn nếu nguồn dự phòng không hạn chế hay là thời gian sửa chửa nếu nguồn bị hạn chế

Trị số trung bình của các giá trị này được tính theo:

Thời gian cắt=(thời gian cắt/chuyển)*P(chuyển) + (thời gian cắt/không chuyển)*P(không chuyển)

Xét thời gian cắt của tải điểm B do hư hỏng nhánh 1

Nếu xác suất cho phép chuyển tải là 0,6

Thời gian cắt = 0,5 x 0,6 + 4,0 x 0,4 = 1,9 hours

Kết quả tính toán cho ở bảng sau

29

2.3.2: Mạng thực tế khác:

Dao cách ly có ảnh hưởng đến độ tin cậy không ?

Không Khi có sự cố trên nhánh rẽ ta mất 0,5h để

cô lập điểm sự cố, và cần 2h để sữa chữa Vì vậy,

sự cung cấp cho khách hàng không được cải thiện SAIFI=0.4x1000/1000=0.4

SAIDI=1.2x1000/1000=1.2 CAIDI=SAIDI/SAIFI=3.0

30

2.3.3: Nếu có khách hàng trước nhánh rẽ:

1000 B a

(1/ năm) r(h) U(h/ năm) (1/ năm) r(h) U(h/ năm)

* R 0, 0, 1, 0, 0

2km 1

b a

1km

800 3km

1km

2

3km 3

d c

2km

500 1km

2km 4

Bất kỳ ngắn mạch trên hệ

thống thì máy cắt đầu nguồn

mở, tất cả khách hàng bị mất

điện và sẽ hồi phụ lại chỉ khi

đường dây được sữa chữa

Đường dây chính 1,2,3&4:=0.1 1/năm, r=4 h

SAIFI=2 SAIDI=5,6 CAIDI=2,8

Số lượng khách hàng 3000

SAIFI=2

SAIDI=5,6

CAIDI=2,8

NODE 8

NODE 3 NODE 4 NODE 5

Fuse(to defined in DRA)

* R 0, 0, 0, 1, 0, 0

SAIFI=1,4 SAIDI=4,4 CAIDI=3,14

SAIFI=1 SAIDI=3,6 CAIDI=3,6

Số lượng khách hàng 3000 SAIFI=1,2

SAIDI=4 CAIDI=3,33

Cầu chì hay thiết bị bảo vệ

khác nâng cao độ tin cậy Sự

cố trên bất kỳ nhánh rẽ nào

thì gây ra mất điện trên

nhánh đó mà không ảnh

hưởng tới các nhánh khác.

NODE 8 NODE 7

NODE 3

NODE 9 NODE 4 NODE 5

Isolator(defined as Manual in DRA)

* R 0, 0, 0.5, 1, 0

SAIFI=1 SAIDI=1,85 CAIDI=1,85

SAIFI=1,4 SAIDI=3,7 CAIDI=2,64

SAIFI=1,2 SAIDI=4 CAIDI=3,33

Số lượng khách hàng 3000

SAIFI =1,2

SAIDI =3,18

CAIDI=2,65

Điều này cho phép một số

tải có thể phục hồi sau

0,5h với bất kỳ sự cố nào

trên nhánh chính