Đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối và đề xuất một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối áp dụng cho lưới điện huyện xuân trường tỉnh nam định

Với đề tài “Đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối và đề xuất một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối - áp dụng cho lưới điện huyện Xuân Trường tỉnh Nam Định” t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

BÙI VĂN ĐĨNH

ÐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ

ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI - ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN HUYỆN XUÂN

TRƯỜNG TỈNH NAM ÐỊNH

CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 5

Chương I: 7

LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 7

I.1 Khái niệm chung 7

I.1.1 Hệ thống điện và các phần tử 7

I.1.2 Độ tin cậy và các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của HTĐ 8

I.1.3 Trạng thái hư hỏng của hệ thống điện 9

I.1.3 Tổn thất kinh tế do mất điện 12

I.1.4 Đặc điểm của hệ thống điện về măt độ tin cậy và các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 14

I.1.5 Bài toán độ tin cậy và các phương pháp giải 15

I.2 Độ tin cậy của các phần tử 18

I.2.1 Phần tử không phục hồi 19

I.2.2 Mô hình cường độ hỏng hóc 21

I.2.3 Phần tử phục hồi 22

Chương II: 29

ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI VÀ 29

LƯỚI PHÂN PHỐI 29

II.1 Độ tin cậy của lưới truyền tải 29

II.1.1 Độ tin cậy của đường dây đơn 29

II.1.2 Độ tin cậy của đường dây kép 31

Xét đường dây kép trên hình 2.2 31

II.2 Độ tin cậy của lưới phân phối 32

II.2.1 Lưới phân phối không phân đoạn 32

II.2.2 Lưới phân phối phân đoạn 34

II.2.3 Độ tin cậy lưới phân phối kín vận hành hở 36

2

II.3 Độ tin cậy của các trạm biến áp 37

II.3.1 Khái quát chung 37

II.3.2 Bài toán dự trữ bà thay thế máy biến áp 38

Chương III: 43

TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN 43

HUYỆN XUÂN TRƯỜNG - NAM ĐỊNH 43

III.1 Tổng quan về lưới điện huyện Xuân Trường - Nam Định 43

III.2 Tính toán độ tin cậy lộ 475E3.8: 44

III.2.1 Các thông số đường dây: 44

III.3 Tính toán độ tin cậy lộ 477E3.8: 45

III.3.1 Các thông số đường dây: 45

III.3.2 Tính toán ngừng điện bảo dưỡng định kỳ 46

III.3 3 Tính toán ngừng điện do sự cố 46

III.4 Tính toán độ tin cậy lộ 473E3.13: 47

III.4.1 Các thông số đường dây: 47

III.4.2 Tính toán ngừng điện bảo dưỡng định kỳ 47

III.4 3 Tính toán ngừng điện do sự cố 48

III.5 Tính toán độ tin cậy lộ 477E3.13: 49

III.5.1 Các thông số đường dây: 49

III.5.2 Tính toán ngừng điện bảo dưỡng định kỳ 49

III.5 3 Tính toán ngừng điện do sự cố 50

III.6 Tính độ tin cậy của trạm biến áp phân phối 51

III.6.1 Sơ đồ trạm biến áp phân phối 51

III.6.2 Các thông số về Độ tin cậy của Trạm biến áp phân phối 52

III.5.3 Tính toán độ tin cậy của Trạm biến áp phân phối 52

III.5 3 Tính toán ngừng điện do sự cố 53

CHƯƠNG IV 60

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY 60

CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN 60

4.1 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của lưới điện 60

4.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy 60

4.1.2 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy 61

4.1.3 Các số lượng thống kê về các nguyên nhân sự cố 62

4.1.4 Phân tích độ tin cậy của lưới cáp ngầm và lưới điện trên không 63

4.2 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện 63

4.2.1 Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện 63

4.2.2 Giải pháp hoàn thiện hệ thống quản lý 66

4.2.3 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao 66

4.2.4 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa 67

4.2.5 Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây 68

4.2.6 Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh 69

Chương V 95

ÁP DỤNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY 95

CHO LƯỚI ĐIỆN HUYỆN XUÂN TRƯỜNG - NAM ĐỊNH 95

V.1 Sơ đồ kết dây lưới 22kV huyện Xuân Trường 95

Công suất trung gian và phụ tải các trạm biến áp như bảng 5.1 95

V.2 Một số giải pháp kỹ thuật nâng cao độ tin cậy lưới 22kV huyện Xuân Trường 96

V.2.1 Cải tạo sơ đồ kết dây lưới 22kV 96

V.2.2 Lắp đặt thêm một số cầu dao và máy cắt phân đoạn 96

V.2.3 Sử dụng thiết bị tự đóng lại đường dây (TĐL) 97

V.2.4 Sử dụng trạm biến áp có thời gian phục hồi nhanh 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

4

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, các kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào Có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác

Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2014

Tác giả luận văn

Bùi Văn Đĩnh

MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc độ công nghiệp hoá tăng nhanh, nhu cầu về điện năng ngày càng lớn đòi hỏi ngành Điện phải đi trước một bước để tạo cơ sở cho sự phát triển của nền kinh tế Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân là những yêu cầu ngày càng khắt khe của khách hàng về chất lượng điện năng Ngành Điện phải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụ tải và cải tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hợp lý để nâng cao chất lượng điện năng, tăng công suất truyền dẫn để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượng cũng như chất lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp và sử dụng điện Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong đó việc nâng cao chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống

Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện năng gặp không ít khó khăn Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh hưởng đến chất lượng điện năng trong lưới đ iện phân phối biểu hiện dễ nhận thấy là chất lượng điện áp

Với đề tài “Đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối và đề xuất một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối - áp dụng cho lưới điện huyện Xuân Trường tỉnh Nam Định” tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm

tòi, nghiên cứu của mình vào việc đảm bảo chỉ tiêu chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối có nhiều cấp điện áp nhưng không có hệ thống điều áp dưới tải tại các trạm trung gian

Phương pháp nghiên cứu dựa vào các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng kết hợp số liệu thực tế sau đó chạy trên phần mềm để đánh giá chất lượng điện năng lưới điện Huyện Xuân Trường Tỉnh Nam Định và tính toán bù để nâng cao chất lượng điện áp

Luận văn bao gồm 5 chương, trong đó tại Chương 1 tác giả giới thiệu tổng quát về

lý thuyết độ tin cậy cung cấp điện Chương 2 trình bày về lý thuyết độ tin cậy lưới truyền

có thời gian học tập, thu thập số liệu viết luận văn

Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn chắc chắn còn nhiều khiếm khuyết Tác giả chân thành mong muốn nhận được sự chỉ bảo góp ý của thầy

cô và các đồng nghiệp quan tâm đến nội dung luận văn này

Chương I:

LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

I.1 Khái niệm chung

I.1.1 Hệ thống điện và các phần tử

Hệ thống là tập hợp các phần tử liên lết theo một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong hoạt động cũng như tiến tới sự phát triển

Hệ thống điện gồm các phần tử là máy phát điện, máy biến áp, máy cắt điện, đường dây tải điện Nhiệm vụ của hệ thống điện sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng và độ tin cậy hợp lý Hệ thống điện phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất

Về mặt độ tin cậy, hệ thống điện là hệ thống phức tạp ở các mặt như:

- Cấu trúc phức tạp như: số lượng phần tử rất lớn; sơ đồ lưới điện phức tạp

- Hoạt động phức tạp

- Rộng lớn trong không gian và phát triển không ngừng theo thời gian

Sự phức tạp đó dẫn đến sự phân cấp hệ thống điện để có thể quản lý, vận hành, điều khiển và phát triển hệ thống một các hiệu quả

Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống sau khi hư hỏng có thể phục hồi rồi trở lại trạng thái làm việc, do đó các trạng thái hư hỏng của

hệ thống điện cũng được phục hồi sau thời gian nhất định

Đa số các phần tử của hệ thống điện được duy tu bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc đã bị suy giảm sau một thời gian làm việc

Phần tử là những bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất định, được xem như một tổng thể duy nhất không chia cắt được, đặc trưng bới các thông số tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài như môi trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của chúng

Vì bản thân phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một

hệ thống Ví dụ: Máy cắt điện là một một hệ thống phức tạp gồm nhiều phần tử

I.1.2 Độ tin cậy và các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của HTĐ

Định nghĩa 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" (Trích trang 149- Lưới điện và hệ thống điện – PGS.TS Trần Bách)

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 là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống điện 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 điện hay phần tử

Đối với hệ thống này 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 làm việc của hệ thống điện

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 hư hỏng

Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng được gọi là độ tin cậy) hoặc độ không sẵn sàng chưa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ thể, do đó phải

sử dụng thêm các chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất sau:

Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện bao gồm:

- Xác suất thiếu điện cho phụ tải, đó là xác suất công suất phụ tải lớn hơn công suất nguồn điện

- Xác suất thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại

- Điện năng thiếu (hay điện năng mất) cho phụ tải đó là kỳ vọng điện năng phụ tải bị cắt do hư hỏng hệ thống điện trong một năm

- Thiệt hại về kinh tế tính bằng tiền do mất điện

- Thời gian mất điện trung bình của một phụ tải trong một năm

- Số lần mất điện trung bình của một phụ tải trong một năm

I.1.3 Trạng thái hư hỏng của hệ thống điện

I.1.3.1 Trạng thái của các phần tử

Các phần tử của hệ thống điện có thể ở các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào chức năng và tình trạng kỹ thuật của chúng Mỗi trang thái kéo dài trong những khoảng thời gian nhất định

Đặc trưng của trạng thái là thơì gian trạng thái, xác suất trạng thái và tần suất trạng thái

Tất cả các trạng thái có thể sảy ra của phần tử tạo thành tập đủ các trạng thái của phân tử

Việc phần tử ở trạng thái nào trong tập trạng thái là đại lượng ngẫu nhiên được đo bởi xác suất phần tử ở trạng thái đó hay gọi tắt là xác suất trạng thái

Tổng xác suất trạng thái của một tập đủ các trạng thái bằng 1

Ví dụ máy biến áp có 2 trạng thái : Trạng thái tốt hay trạng thái làm việc và trạng thái hư hỏng hay nghỉ làm việc

Máy phát bình thường có 3 thạng thái :

-Trạng thái tốt Trạng thái hỏng một phần Trạng thái hỏng toàn phần

Phần tử bao giờ cũng ở một trong những trạng thái của tập đủ các trạng thái Các trạng thái có xác suất nhỏ có thể bỏ qua trong các bài toán khác nhau

10

Xác suất trạng thái tốt của phần tử chính là độ sẵn sàng, còn xác suất trạng thái hỏng của phần tử chính là độ chưa sẵn sàng của phần tử

I.1.3.2 Trạng thái của hệ thống điện

Trạng thái của hệ thống điện là tổng các trạng thái của tất cả các phần tử tạo thành Nói cách khác, mỗi trạng thái của hệ thống điện là sự sảy ra đồng thời các trạng thái nào đó của các phần tử do đó xác suất trạng thái của hệ thống điện chính

là tích của xác suất trạng thái của các phần tử nếu giả thiết rằng các phần tử của hệ thống điện độc lập với nhau Đối với hệ thống điện giả thiết này đúng với hầu hết các phần tử và do đó được áp dụng trong hầu hết các bài toán độ tin cậy Các trạng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn hư hỏng của hệ thống điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy, phụ thuộc vào mục đích của bài toán cụ thể Số trạng thái của hệ thống điện rất lớn, bằng 2 n ( với n là số phần tử ) Các trạng thái của hệ thống điện củng được đặc trưng bởi:

- Thời gian trung bình của hệ thống ở trạng thái đó, gọi là thời gian trạng thái Ti

- Tần suất trạng thái fi là số lần hệ thống rơi vào trạng thái đó trong một đơn vị thời gian

- Xác suất trạng thái Pi là xác suất hệ thống ở trạng thái i, đó chính là thời gian tương đối của hệ thống ở trạng thái i

Các trạng thái của hệ thống được chia làm 2 tập:

- Tập trạng thái hỏng trong đó hệ thống bị hỏng theo tiêu chuẩn đã chọn

Tổng xác suất của tập đủ các trạng thái của hệ thống điện nP = 1

Trên hình 1.1 thể hiện mối quan hệ giữa trạng thái hỏng của 2 phần tử chính của hệ thống điện là máy phát điện và đường dây tải điện (bao gồm cả máy biến áp) với các trạng thái hư hỏng của hệ thống điện Sơ đồ hình 1.1 cho các trạng thái của hệ thống điện tức là các trạng thái không hoàn thành nhiệm vụ gồm:

- Phụ tải bị mất điện

- Hoặc nặng nề hơn khi hệ thống bị sụp đổ mất điện một phần hoặc toàn phần

hệ thống

Các nguyên nhân trức tiếp khiến phụ tải mất điện gồm:

- Thiếu công suất phát

- Nút tải bị cô lập do sự cố đường dây cấp điện trực tiếp

- Đường dây bị quá tải hoặc điện áp nút không đạt yêu cầu

- Hệ thống điện bị phân rã

Trạng thái hư hỏng của máy phát điện và đường dây tải điện có gây ra các trạng thái hư hỏng của hệ thống hay không còn tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống điện, độ dư thừa công suất phát độ dư thưa khả năng tải của lưới điện Sơ đồ quan

hệ trạng thái này cho thấy cần phải tác động như thế nào để tăng độ tin cậy ung cấp điện của hệ thống điện

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa trạng thái hỏng và trạng thái làm việc của hệ thống

suất phát

Hỏng đường dây

Nút nguồn bị cô lập

Độ dư thừa của lưới giảm

12

I.1.3 Tổn thất kinh tế do mất điện

Điện năng là động lực chính thúc đẩy toàn bộ nền kinh tế quốc dân Việc mất điện

sẽ gây ra các hậu quả về kinh tế và xã hội rất lớn Trên quan điểm phân loại hậu quả mất điện, người ta phân phụ tải thành 2 loại :

- Loại phụ tải mà khi mất điện thì gây ra các hậu quả mang tính chính trị, xã hội

- Loại phụ tải mà khi mất điện gây ra các hậu quả về kinh tế

Đối với loại phụ tải thứ nhất phụ tải cần được cấp điện với độ tin cậy cao nhất Còn đối với loại thứ hai là bài toán kinh tế - kỹ thuật, trên cơ sở cân nhắc giữa vốn đầu

tư vào hệ thống điện và tổn thất kinh tế do mất điện

Tổn thất kinh tế do mất điện được nhìn nhận từ hai góc độ:

1.Tổn thất kinh tế cho cơ sở sản xuất kinh doanh cụ thể Đó là tổn thất kinh

tế mà các cơ sở này phải chịu khi mất điện đột ngột hay theo kế hoạch

Khi mất điện đột ngột, các sản phẩm bị hư hỏng, sản xuất bị ngừng trệ gây ra tổn thất kinh tế Tổn thất này phụ thuộc vào số lần mất điện và thời gian mất điện Khi mất điện theo kế hoạch tổn thất kinh tế sẽ nhỏ hơn do cơ sơ sản xuất đã được chuẩn bị trước

Tổn thất này được tính toán cho từng loại xí nghiệp cụ thể hoặc cơ sở kinh doanh cụ thể để phục vụ việc thiết kế cấp điện cho các cơ sơ này

2 Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống Tổn thất này được tính toán

từ các tổn thất thật ở phụ tải theo quan điểm hệ thống Nó nhằm phục vụ cho công tác thiết kế quy hoạch hệ thống điện sao cho thoả mãn nhu cầu độ tin cậy của phụ tải, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện

Tổn thất này được tính cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện một tính riêng Nó cũng được tính cho từng loại phụ tải cho một lần mất điện, cho 1kW (1kWh) tổn thất và cũng được tính cho độ dài thời gian mất điện

Sau đây là giá tiền 1kWh điện năng mất :

- Ở Australia (Power distribution technologies & design standards for Vietnam Hanoi 1993 ) Tính bằng tiền Australia

- Ở Canada sử dụng bảng giá sau đây cho quy hoạch thiết kế hệ thống điện

Thời gian

mất điện

Hộ tiêu thụ lớn

Công nghiệp

Thương mại Nông

Yếu tố độ tin cậy có ảnh hưởng quan trọng đến cấu trúc hệ thống điện:

- Cấu trúc nguồn điện: Độ tin cậy ảnh hưởng đến độ dự trữ công suất, các tổ máy dự phòng lạnh

14

- Cấu trúc lưới: Độ tin cậy ảnh hưởng đến sơ đồ lưới điện như: Mạch vòng kín, nhều lộ song song, trạm nhiều máy biến áp sơ đồ trạm biến áp và nhà máy điện phức tạp

- Cấu trúc hệ thống điều khiển: Thiết bị bảo vệ, thiết bị chống sự cố, hệ thống thông tin, hệ thống điều khiển tự động, phương thức vận hành

- Cấu trúc hệ thống quản lý: Hệ thống sẵn sàng can thiệp khi sự cố, dự trữ thiết bị, phương tiện đi lại, tổ chức bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa khắc phục sự cố

Để nâng cao độ tin cậy đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, do đó độ tin cậy được nâng cao bằng mọi giá Đầu tư vào nâng cao độ tin cậy chỉ có hiệu quả khi mức giảm tổn thất kinh tế do nâng cao độ tin cậy lớn hơn chi phí để nâng cao độ tin cậy

Trong hàm mục tiêu của các bài toán xác định cấu trúc nguồn điện cũng như lưới điện đều có thành phần tổn thất do độ tin cậy được tính theo tổn thất kinh tế đã nói trên Tuy nhiên việc tính toán như vậy cũng gặp rất nhiều khó khăn Do đó người ta còn có thể tính toán với yếu tố độ tin cậy như là điều kiện biên của bài toán, tức là dùng chỉ tiêu gián tiếp về độ tin cậy như:

- Xác suất không sảy ra mất điện (độ tin cậy) phải bằng hoặc lớn hơn một giá trị nào đó

- Xác suất sảy ra mất điện (độ rủi ro) phải nhỏ hơn giá trị nào đó

Các chỉ tiêu này được xác định trên cơ sở phân tích kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện

I.1.4 Đặc điểm của hệ thống điện về măt độ tin cậy và các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Quan điểm độ tin cậy cung cấp điện hệ thống điện có những đặc điểm sau: 1.Có nhiều phần tử, các phần tử thì đa dạng, có nhiều trạng thái làm việc và

có thể phục hồi

2.Mối liên hệ giữa các phần tử rất phức tạp

3.Hê thống điện là hệ thống có dự phòng về công suất, năng lượng sơ cấp, số phần tử và khả năng phục hồi chúng, sơ đồ nối dây

4.Hệ thống điện có khả năng phục hồi do các phần tử của chúng có khả năng phục hồi

5.Hệ thống điện có nhiều trạng thái làm việc, mỗi trạng thái tương ứng với mức độ hoàn thành công việc khác nhau

6.Hệ thống điện có bảo dưỡng định kỳ, tiểu tu, trung tu và đại tu Khi phần tử hết hạn sử dụng sẽ được loại bỏ bằng cách thay phần tử mới, do đó hệ thống điện luôn ở trạng thái làm việc bình thường với cường độ hư hỏng trung bình là hằng số

7.Tác động vận hành phức tạp

Từ các đặc điểm trên ta thấy hệ thống điện là hệ thống rất phức tạp về mặt độ tin cậy Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện có thể áp dụng các biện pháp sau: 8.Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: Dự trữ năng lượng sơ cấp; dự trữ công suất nguồn, công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới điện về mặt phát nóng, tổn thất điện

áp, về ổn định tĩnh và ổn định động, dự trữ thiết bị thay thế

9.Hoàn thiện cấu trúc lưới điện để chúng trở nên linh hoạt, có độ dự trữ cao và khả năng thích ứng nhanh với mọi tình huống trong vận hành (sử dụng sơ đồ có cấu trúc linh hoạt và năng động)

1 Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển tự động chống sự cố và điều chỉnh chế độ ngày càng hoàn thiện

2 Sử dụng thiết bị điện có chất lượng cao

I.1.5 Bài toán độ tin cậy và các phương pháp giải

Bài toán độ tin cậy được phân chia thành các bài toán nhỏ theo cấu trúc độ tin cậy như hình 1.2

16

Hình I.2 Bài toán độ tin cậy và phương pháp giải Bài toán độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn loại :

1 Bài toán về độ tin cậy của hệ thống phát điện, chỉ xét riêng nguồn điện

2 Bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến nút tải hệ thống do lưới hệ thống cung cấp

3 Bài toán về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phân phối

4 Bài toán về độ tin cậy của phụ tải

Theo nội dung bài toán độ tin cậy được chia thành :

1 Bài toán giải tích, nhằm mục đích tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện có cấu trúc cho trước

2 Bài toán tổng hợp, nhằm xác định trực tiếp thông số của một phần tử nào đó trên cơ sở cho trước yêu cầu độ tin cậy và các phần tử còn lại Bài toán tổng hợp trực tiếp rất phức tạp do đó chỉ có thể áp dụng trong những bài toán nhỏ, hạn chế

Các bài toán tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện vẫn phải dủng phương pháp tổng hợp gián tiếp, tức là lập nhiều phương án rồi tính chỉ tiêu độ tin cậy bằng phương pháp giải tích để so sánh, chọn phương án tối ưu

Mỗi bài toán về độ tin cậy gồm bài toán quy hoạch và vận hành Mỗi bài toán lại bao gồm giải tích và tổng hợp

Nguồn

điện

Lưới hệ thống

Lưới truyền tải

Lưới phânphối

Phụ tải

Hệ thống phát

Phân tích độ tin cậy, nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố bên trong và bên ngoài độ tin cậy của hệ thống điện Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện đó là:

- Độ tin cậy của phần tử :

o Cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi

o Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ

o Dự trữ thiết bị sửa chữa

o Yếu tố thời tiết, khí hậu, nhiệt độ, độ ô nhiễm môi trường

- Yếu tố con người: Trình độ của nhân viên vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hoá vận hành

Trong bài toán độ tin cậy các yếu tố trên là yếu tố đầu vào còn đầu ra là độ tin cậy của hệ thống điện

Tuy nhiên việc tính đến mọi yếu tố rất phức tạp, cho nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào xét được mọi yếu tố ảnh hưởng Tuỳ từng phương pháp

mà một số yếu tố được bỏ qua hoặc đơn giản hoá Tuy nhiên các kết quả nói chung vẫn sử dụng được trong quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện Các giả thiết

Hai loại bài toán trên có phần cơ bản giống nhau, tức là mô hình chung của hệ thống điện

Các phương pháp phổ biến hiện dùng để giải tích độ tin cậy của hệ thống điện là :

1 Phương pháp đồ thị - giải tích, sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý thuyết xác suất các tập hợp, đại số boole và thuyết graph

2 Phương pháp không gian trạng thái trong đó sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov là chính

3 Phương pháp cây hỏng hóc xây dựng trên cơ sở lập cây hỏng hóc cho mối liên quan giữa hỏng hóc phần tử và hỏng hóc hệ thống, áp dụng đại số boole

4 Phương pháp mô phỏng Monte – carlo

Mỗi phương pháp đều có ưu thế trong từng loại bài toán Tuy nhiên phương pháp Monte – Carlo cho phép xét đến nhiều yếu tố ảnh hưởng hơn cả, cho phép xét đến tác động vận hành đến chỉ tiêu độ tin cậy Phương pháp này sử dụng chủ yếu cho giải tích độ tin của cậy hệ thống điện

Phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị giải tích

áp dụng rất có hiệu quả cho bài toán độ tin cậy của lưới điện Còn phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với bài toán độ tin cậy của nhà máy điện Trong bài toán về độ tin cậy của nguồn điện phương pháp chủ yếu được dùng là phương pháp không gian trạng thái

I.2 Độ tin cậy của các phần tử

Độ tin cậy của các 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 Sau đây ta xét cụ thể về độ tin cậy của phần tử phục hồi và không phục hồi

I.2.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đến lần hỏng đầu tiên Thời gian làm việc của phần tử từ lúc bắt đầu làm việc cho đến lúc hỏng còn gọi là thời gian phục

vụ T là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử ngẫu nhiên không biết trước

Ta có hàm phân bố là :

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) :

t) t T P(t

P      là xác suất có điều kiện của 2 sự kiện:

o Phần tử hỏng trong khoảng (t,t +t) ( sự kiện A)

o Làm việc tốt đến t ( sự kiện B)

Theo công thức về xác suất của sự kiện giao giữa hai sự kiện A vad B ta có:

P(AB) = P(A).P(B/A) = P(B).P(A/B)

Hay:

)(

)(

)

/

(

B P

B A P

P(A/B) = 1 và P(AB) = P(A)

Như vậy :

)()

(

)(

)(

))()((

)/

t R

t f t

T P

t t T t P t

T P

t T t t T t P t T t t

1 )

(

)

(

t T

t T t

T

F

f t

)()

(

)()

(

)())

(

ln(

t R

t f t

R

t F t

R

t R t

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện :

(t) =  = hằng số

Do đó:

R(t) = e-t ; FT(t) =1- e-t ; fT(t) = .e-t (1.10)

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình

Với phần tử không phục hồi độ tin cậy được mô tả nhờ hoặc là (t) hoặc R(t)

I.2.2 Mô hình cường độ hỏng hóc

Trong thực tế , với các phần tử không phục hồi, (t) có dạng hình chậu như hình 1.4a, có thể chia làm ba miền theo các thời kỳ sau:

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

22

Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử , (t) = hằng số

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

Đối với các phần tử phục hồi như ở hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hoá, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ, để phục hồi độ tin cậy của phần tử Sau khi bảo dưỡng định kỳ độ tin cậy của phần tử trở lại vị trí ban đầu (hình 1.4b) Bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb

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

I.2.3 Phần tử phục hồi

I.2.3.1 Sửa chữa sự cố lý tưởng có thời gian phục hồi  = 0

Giả thiết rằng sửa chữa xong, thiết bị như mới Trong thực tế, đây là các trường hợp phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng những phần tử mới (ví dụ như máy biến áp) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc ở trường hợp này là:

Thông số của dòng hỏng hóc (t):

t)) t khoang(t, trong

So với đinh nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi phần tử phải làm việc tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần ở thời gian nó đang làm việc, khi hỏng hóc nó được phục hồi tức thời

Tương tự như (t) đại lượng (t).t là xác suất hỏng hóc xảy ra trong khoảng (t, t+t)

Dưới đây thiết lập công thức tính (t):

Ta xét trong khoảng thời gian từ (o,t) trong đó phần tử có thể hỏng 1lần, 2 lần, đến k lần Đặt f1(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng đầu tiên:

0

1 1

f

0

1 ) 1 ( ( ) ( )

(

k

k t f t

24

Xét trường hợp fT = e-t khi đó thời gian đế lần hỏng thứ k tuân theo quy luật Poisson:

t k

k

k

t t

t k

t k k k

k

t e

e k

t t

f t

)!

1(

)(

)!

1()

()

(

1

1 1

1

1

(1.16) Kết luận:

Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc (t) là hằng số và bằng cường độ hỏng hóc của phần tử : (t) = 

Vì lý do này mà thông số hỏng hóc và cường độ hỏng hóc được hiểu là một, trừ các trường hợp riêng khi các thời gian làm việc không tuân theo quy luật mũ thỉ phải phân biệt

I.2.3.2 Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi 

Phần tự chịu một quá trinh ngẫu nhiên 2 trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng hóc ( hình 1.5a)

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV phần tử

bị hỏng và chuyển sang trang thái hư hỏng phải sửa chữa Sau thời gian sửa chữa xong , phần tử trở lại trạng thái làm việc

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự

cố phần tử được phục hồi như mới Ở đây

cần 2 hàm phân bố xác suất : Hàm phân bố

thời gian phần tử ở trạng thái làm việc

FLV(t) và hàm phân bố thới gian phần tử ở

trạng thái hỏng FH(t) Đó là sự khác nhau

giữa phần tử phục hồi và không phuc hồi

Để đánh giá về độ tin cậy của phần tử

phục hồi cần có hai đại lượng thay vì một

đối với phần tử không phục hồi

Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc (trạng thái tốt) ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần tử có thể ở một trong 2 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)

- Thông số dòng hỏng hóc :

t t

t t khoang trong

hong P t

Theo lý thuyết xác suất : P(AB) = P(A/B)P(B) từ đây

P(A/B) = P(AB)/P(B), áp dụng cho cường độ chuyển trạng thái và thông số dòng hỏng hóc ta được:

(

).

( )

(

) ( )

( ).

(

t P

t t LV

t X P

t t LV

t X P

LV t X H t t X P t t q

LV H

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là 

- Thời gian trung bình của một chu kỳ làm việc - hỏng hóc bằng:

LV

T

T T

T A

Giả thiết rằng TLV và  đều tuân thei quy luật phân bố mũ ta có:

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

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

T

T A

A

Khi đó:

LV LV

thường có giá trị xấp xỉ 1, do đó có thể coi gần đúng  =

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:

- Số lần hỏng hóc  trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra: TLV =1/

- Thời gian sửa chữa sự cố trung bình , từ đó tính ra:  = 1/

I.2.3.3 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 sự cố

Nếu giả thiết thời gian sửa chữa định kỳ

cũng tuân theo quy luật mũ thì coa thể áp

Nếu giả thiết rằng thời gian giữa hai lần bảo dưỡng đinh kỳ TĐK cũng tuân theo luật mũ, thì có thể tìm được xác suất trạng thái bằng mô hình Markov Giả thiết này không đúng thực tế vì bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch tiền định, tuy nhiên mô hình vẫn 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 :

DK DK

D T

K

DK DK

D DK

K

28

DK DK

D H

K

Ta xét PH , Chia tử và mẫu cho DK :

DK DK

D DK

Chương II:

ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI VÀ

LƯỚI PHÂN PHỐI

II.1 Độ tin cậy của lưới truyền tải

II.1.1 Độ tin cậy của đường dây đơn

Xét đường dây đơn trên hình 2.1 phụ tải có thể mất điện trong 2 trường hợp:

 Ngừng cấp điện để bảo dưỡng định kỳ

 Sự cố một trong các phần tử của đường dây

Sau đây ta xét từng trường hợp cụ thể

II.1.1.1 Bảo dưỡng định kỳ

Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện đồng thời trên tất cả các phần tử của đường dây Cường độ ngừng cấp điện bảo dưỡng BD và thời gian bảo dưỡng trung bình TB của đường dây phụ thuộc vào cường độ ngừng cấp điện bảo dưỡng định kỳ

và thời gian bảo dưỡng định kỳ của từng phần tử và được tính toán như sau:

Từ kế hoạch bảo dưỡng định kỳ của từng phần tử, xác định chu kỳ bảo dưỡng của chúng Tđki sau đó xác định bội số chung nhỏ nhất của các Tđki là TĐK, đây là chu kỳ bảo dưỡng định kỳ chung của đường dây Trong các khoảng thời gian

đó mỗi phần tử đều có số lần bảo dưỡng định kỳ không đổi

Trong mỗi năm t bất kỳ, nếu có ít nhất một phần tử phải bảo dưỡng định kỳ thì xem như toàn bộ đường dây phải bảo dưỡng định kỳ Nếu tổng số lần bảo dưỡng định kỳ của đường dây trong chu kỳ TĐK là m thì cường độ ngừng bảo dưỡng định kỳ BD là :

Tải

Hình 2.1

30

DK BD

Trong đó: TSCĐD là thời gian sửa chữa sự cố phục hồi đường dây

- Sự cố máy biến áp, số lần ngừng điện đường dây do sự cố máy biến áp BA và thời gian sửa chữa máy biến áp TSCBA tra theo sổ tay kỹ thuật Thời gian ngừng điện năm do sự cố máy biến áp là:

- Sự cố một trong hai máy cắt điện, giả thiết 2 máy cắt điện như nhau và có cường độ hỏng hóc là MC và thời gian sửa chữa là TSCMC Số lần ngừng điện đường dây do sự cố máy cắt điện là:

SC = ĐD + BA +MC. (2.7) Tổng thời gian ngừng điện năm do sự cố phần tử là

TNĐSC = TNĐDD + TNDBA + TNĐMC =

= ĐD TNĐDD + BA .TNDBA + MC..TNĐMC (2.8) Xác suất ngừng điện sự cố là:

Điện năng bị mất do sự cố là:

max max max

max

8760

.

T P Q T

P T

II.1.2 Độ tin cậy của đường dây kép

Xét đường dây kép trên hình 2.2

Giả thiết hai lộ hoàn toàn như nhau, nghĩa là các phần tử có thông số kỹ thuật

và độ tin cậy như nhau, mỗi lộ có khả năng cung cấp điện cho toàn phụ tải thiế bị tự đóng nguồn dự trữ sẽ đóng tức thời khi một lộ bị sự cố cắt điện, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ có độ tin cậy tuyệt đối

Tải TDL

Hình 2.2

32

Xác suất ngừng điện của mỗi lộ bằng nhau và bằng:

8760

D SC

2 1

NDB ND

ND ND

T T

Q

Phụ tải chỉ mất điện khi cả hai lộ đồng thời ngừng cấp điện Theo lý thuyết xác suất, xác suất ngừng điện đồng thời hai lộ bằng tích xác suất ngừng cấp điện của mỗi lộ

2

D 2 BD

SC 2 2

2 D SC

2 1

)8760(

2)

8760(

)(

ND ND

T T

T T

T T

Q Q

Ý nghĩa của T2NĐBD là cả 2 lộ bảo dưỡng đồng thời, điều này không thể xảy ra,

do đó thành phần này bỏ qua Tích 2TNĐBDTNĐSC có nghĩa là sự cố một lộ khi lộ kia đang bảo dưỡng định kỳ còn T2NĐsc có nghĩa là 1 lộ sự cố còn lộ kia đang sửa chữa

sự cố

2

2 BD

)8760(

ND

T T

2

SCD D

L

T L Q

Q' là xác suất có điều kiện: Một lộ hỏng khi lộ kia đã bị sự cố

Như vậy nếu tính thêm Q2L thì QNĐ sẽ là:

8760

2

)8760(

T L Q

T T

II.2 Độ tin cậy của lưới phân phối

II.2.1 Lưới phân phối không phân đoạn

Sơ đồ lưới không phân đoạn được thể hiện như hình 2.3a

Lưới phân phối trên hình 2.3a là lưới phân phối hình tia không phân đoạn Đối với lưới phân phối này, hỏng hóc ở bất kể chỗ nào cũng gây mất điện toàn bộ lưới phân phối Khi ngừng cấp điện công tác cũng vậy, toàn lưới phân phối xem như một phần tử

Cường độ hỏng hóc toàn lưới phân phối là :

Trong đó: o cường độ hỏng hóc cho 100km ; L độ dài lưới phân phối

Cường độ ngừng điện tổng là:

( CT là cường đô ngừng điện công tác)

Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm là:

Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4

Tmax1 Tmax2 Tmax3 Tmax4

Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4

Tmax1 Tmax2 Tmax3 Tmax4 Thiết bị phân đoạn

Thiết bị phân đoạn

Đoạn lưới I, L I Đoạn lưới II, LII

Hình 2.3

PmaxI PmaxII

TmaxI TmaxII

34

TSC là thời gian sửa chữa sự cố

Thời gian ngừng điện công tác là:

TCT là thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác

Tổng thời gian ngừng điện là:

P

T P T

max

max max max

SCP T T

8760

max max

CTP T T

II.2.2 Lưới phân phối phân đoạn

Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được chia làm nhiều đoạn bằng thiết bị đóng cắt có thể là dao cách ly hoặc máy cắt điện điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa

Trong trường hợp phân đoạn bằng dao cách ly, nếu sảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó, máy cắt điện đầu nguồn tạm thời nhảy, cắt toàn bộ lưới phân phối Dao cách ly phân đoạn được tách ra cô lập phần tử bị sự cố với nguồn Sau đó nguồn được đóng lại cấp điện cho phân đoạn nằm trước dao cách ly về phía nguồn

Như vậy, khi sảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải ở phân đoạn sự

cố và các phân đoạn sau nó (tính từ phía nguồn) bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa Còn phụ tải nằm trên phân đoạn trước phân đoạn sự cố về phía nguồn thì chỉ mất điện trong thời gian thao tác cô lập phân tử sự cố

Trong trường hợp phân đoạn bằng máy cắt điện, khi một phần tử bị sự cố máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ cắt và cô lập phần tử sự cố, các phần tử nằm trước phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hưởng

Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn Do đó phân đoạn là một bài toán tối ưu, trong đó cần tìm số lượng, vị trí đặt và loại thiết bị phân đoạn

sử dụng sao cho được hiệu quả kinh tế cao nhất

Để tính toán độ tin cậy của lưới phân phối có phân đoạn, trước tiên cần đẳng trị các đoạn lưới thành đoạn lưới chỉ có một phụ tải nhờ sử dụng các công thức (2.22), (2.23) Các thông số độ tin cậy đẳng trị của các đoạn lưới tính theo (2.17) đến (2.21) Trên hình 2.3b là lưới phân phối phân đoạn gồm 2 đoạn và trên hình 2.3c là lưới phân phối đẳng trị của nó Tính từ nguồn, đoạn lưới I đứng trước, đoạn lưới II đứng sau

Ta tính độ tin cậy từng đoạn lưới

Đoạn lưới I: Đoạn I có thể bị ngừng điện do bản thân nó hỏng hoặc do ảnh

hưởng của sự cố trên đoạn lưới sau

- Đoạn I có cường độ ngừng điện là I và thời gian ngừng điện năm là TI (Nếu

là ngừng điện sự cố hay ngừng điện công tác thì dùng công thức tương ứng để tính.)

- Ảnh hưởng của sự cố trên các đoạn sau nó (đoạn II) phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn

- Nếu dùng máy cắt điện thì đoạn II hoàn toàn không ảnh hưởng đến đoạn I do

đó :

II>I = 0 ; TII>I = 0 (2.25)

- Nếu dùng dao cách ly, thì sự cố đoạn II làm ngừng điện đoạn I trong thời gian thao tác cô lập sự cố Ttt do đó:

II>I = 'II ; TII>I = Ttt (2.26) Tổng số lần ngừng điện và thời gian ngừng điện của đoạn I là:

36

I = 'I + II>I ; TI = T'I + TII>I (2.27)

Đoạn lưới II Đoạn II có thể ngừng điện do chính nó sự cố hoặc do ảnh hưởng

bởi sự cố các đoạn đứng trước nó Cụ thể ở đây là đoạn I

- Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới II là 'II và thời gian ngừng điện năm là T'II

- Ảnh hưởng của đoạn I lên đoạn II là toàn phần không phụ thuộc vào thiêt bị phân đoạn, nghĩa là đoạn II chịu cường độ hỏng hóc và thời gian ngừng điện của đoạn I

I>II = 'I ; TI>II = T'I (2.28) Tổng số lần ngừng điện và tông thời gian mất điện của đoạn II là:

II = 'II + I ; TII = T''II + TI (2.27)

Do đó có thể rút ra kết luận chung như sau:

Các đoạn lưới phía sau chịu ảnh hưởng toàn phần của đoạn lưới phía trước, còn các đoạn lưới phía trước chịu ảnh hưởng không toàn phần của các đoạn lưới phía sau, ảnh hưởng này phụ thuộc thiết bị phan đoạn

Trong tính toán trên bỏ qua hỏng hóc của thiết bị phân đoạn và sử dụng thiết

bị phân đọan không phải bảo dưỡng định kỳ

II.2.3 Độ tin cậy lưới phân phối kín vận hành hở

Lưới phân phối hình tia phân đoạn nâng cao khá nhiều độ tin cậy so với lưới phân phối không phân đoạn Nhưng độ tin cậy vẫn còn rất thấp so với yêu cầu phụ tải Ở lưới phân phối phân đoạn khi một đoạn lưới ngừng điện, tất các các đoạn lưới phía sau nó phải ngừng cấp điện theo

Lưới phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều đường dây phân đoạn tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì máy cắt điện phân đoạn cắt ra để tạo thành lưới hở Khi một đoạn ngừng cấp điện thì chỉ phụ tải ở đoạn đó mất điện, còn các đoạn khác chỉ tạm ngừng cấp điện trong thời gian ngắn để thao tác, sau đó được cấp điện bình thường Lưới phân phối kín vận hành hở có độ tin cậy nâng cao rất nhiều, đặc biệt khi thao tác bằng thiết bị đóng cắt và phân đoạn được điều khiển từ

xa hoặc tự động

Trong hệ thống lưới phân phối có thể chọn được phương án đóng cắt, bắt buộc phải sử dụng hệ thống đo lường và điều khiển SCADA, trong đó máy tính sẽ chọn cấu trúc lưới sau sự cố nhờ các thông số đo tức thời ở các thời điểm quan sát trên lưới

Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối khá phức tạp, phải sử dụng các mô hình tính toán lưới điện phức tạp, phải dùng máy tính điện tử Các bước tính toán như sau:

a) Khi sảy ra sự cố một hoặc hai đoạn lưới đồng thời nào đó, trước hết phải tìm xem thao tác như thế nào để có sơ đồ lưới sau sự cố tốt nhất theo thứ tự ưu tiên các chỉ tiêu sau:

- Không có phân đoạn nào quá tải

- Chất lượng điện áp đảm bảo

- Số lượng thao tác ít Sau khi đã lập được sơ đồ vận hành sau sự cố thì chuyển sang sơ đồ vận hành sau sự cố)

b) Nếu sơ đồ vận hành sau sự cố mà có đoạn lưới nào quá tải hay điện áp nút nào đó thấp hơn tiêu chuẩn thì tiến hành giảm đều công suất phụ tải lưới phân phối cho đến khi hết quá tải hoặc điện áp đạt mức cho phép Công suất giảm đi đó chính là công suất bị mất do sự cố Biết xác suất sự cố và công suất mất sẽ tính được các chỉ tiêu độ tin cậy cần thiết

Đối với ngừng cấp điện công tác cũng tính tương tự

II.3 Độ tin cậy của các trạm biến áp

II.3.1 Khái quát chung

Các trạm biến áp phân phối thường chỉ có một máy biến áp cho nên độ tin cậy cung cấo điện phụ thuộc nhiều vào độ tin cậy của máy biến áp Máy biến áp có thời gian phục hồi khá lâu (cỡ 360 giờ), dó đó khi máy biến áp bị sự cố thì biện pháp duy nhất để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải là thay thế máy biến áp thời gian thay máy biến áp hỏng rất ngắn, (từ vài chục phút đến vài giờ) máy biến áp hỏng được đưa vào xưởng sửa chữa sau đó được đưa vào kho dự phòng để sẵn sàng thay thế cho các máy biến áp khác bị sự cố Nếu hỏng hóc xảy ra nhiều (như vào

38

mùa mưa bão) thì có thể xảy ra tình trạng không đủ máy biến áp dự phòng, máy biến áp hỏng có thể phải chờ đến khi một máy biến áp hỏng nào đó được sửa chữa xong và độ tin cậy của lưới điện bị giảm thấp

Máy biến áp còn được bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc nếu không bảo dưỡng định kỳ thì cường độ hỏng hóc sẽ rất lớn, hơn nữa chi phí bảo dưỡng định kỳ nhỏ hơn chi phí sửa chữa sự cố rất nhiều Nếu bảo dưỡng định kỳ quá nhiều thì chi phí bảo dưỡng quá lớn so với tổn thất do sự cố, dó đó có khái niệm thời gian bảo dưỡng định kỳ tối ưu

II.3.2 Bài toán dự trữ bà thay thế máy biến áp

II.3.2.1 Mô hình toán học

Giả thiết có n máy biến áp làm việc và d máy biến áp dự phòng trong kho Hệ thống máy biến áp có thể có các trạng thái sau:

Tổng số trạng thái là N = 2d + n +1

Các trạng thái lẻ 1, 3, 5, 2d-1 đến 2d + 1 là trạng thái tốt không gây mất điện Các trạng thái chẵn 2,4, 6 2d, 2d + 2 là các trạng thái sự cố gậy mất điện một trạm biến áp tức (1 máy biến áp )

Trạng thái Xác suất trạng

thái

Máy biến áp làm việc

Máy biến áp

dự trữ

Máy biến áp hỏng

Xích Markov của hệ thống máy biến áp trên hình 2.4, trong đó:

- Cường độ hỏng hóc của máy biến áp là , năm –1

- Cường độ phục hồi  =1/Tp , năm-1

- Cường độ thay thế  = 1/Tt, năm –1

TP là thời gian phục hồi máy biến áp, năm

Tt là thời gian thay thế máy biến áp hỏng, năm

II.3.2.2 Hệ phương trình toán học của quá trình Markov

Để tính xác suất dừng (t = ) của hệ thống, ta áp dụng hệ phương trình 2.28 :

P1 + P2 + P3 + + PN = 1 Trong đó :

-  = [P1, P2, P3, PN ] là ma trận hàng

- A là ma trận xác suất chuyển trong đó: aij = pij là cường độ chuyển trạng thái

từ trạng thái i sang trạng thái j, trong tường hợp này chính là cường độ hỏng hóc, cường độ phục hồi và cường độ thay thế

a

, 1