NÂNG CAO độ TIN cậy CUNG cấp điện của lưới PHÂN PHỐI điện THÀNH PHỐ THÁI BÌNH

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------  --------- TRẦN KIÊN SƠN NÂNG CAO ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN THÀNH PHỐ THÁI BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ðiện nông nghiệp Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN BÁCH HÀ NỘI – 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011 Người cam ñoan Trần Kiên Sơn Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và thực hiện ñề tài luận văn tốt nghiệp, ñến nay tôi ñã hoàn thành luận văn thạc sĩ chuyên ngành ðiện nông nghiệp với ñề tài: “Nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện thành Phố Thái Bình” Trước hết, Tôi xin chân thành cảm ơn Viện ñào tạo Sau ðại học, Khoa Cơ ðiện, Bộ môn Cung cấp ñiện, Trường ðại học Nông Nghiệp – Hà Nội ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài nghiên cứu khoa học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Bách – người ñã ñịnh hướng, chỉ bảo và hết lòng tận tụy, dìu dắt tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu ñề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñến những người thân trong gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp ñã ñộng viên, cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học. Nếu không có những sự giúp ñỡ này thì chỉ với sự cố gắng của bản thân tôi sẽ không thể thu ñược những kết quả như mong ñợi. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011 Người cảm ơn Trần Kiên Sơn Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii MỤC LỤC LỜI NÓI ðẦU 1 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI .3 1.1 Khái niệm về lưới phân phối ñiện .3 1.2 ðặc ñiểm và phân loại của lưới phân phối ñiện 3 1.2.1 Một số ñặc ñiểm của lưới phân phối .3 1.2.2 Phân loại lưới ñiện phân phối trung áp 4 1.2.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của lưới phân phối ñiện 5 1.4 Phương pháp phân phối ñiện trung áp và nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 7 1.4.1 Phương pháp phân phối ñiện trung áp 7 1.4.2 Nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn .8 1.4.2.1 Trung tính không nối ñất: Z = ∞ 8 1.4.2.2 Trung tính nối ñất trực tiếp: Z = 0 .8 1.4.2.3 Trung tính nối ñất qua tổng trở hay ñiện kháng: (Z=R; Z = R+jX) 9 1.4.2.4 Phương pháp nối ñất qua cuộn dập hồ quang .10 1.5 Sơ ñồ lưới ñiện phân phối .10 1.5.1 Phương án nối dây trong mạng ñiện phân phối 10 1.5.2 Áp dụng các phương pháp nối dây trong lưới ñiện phân phối 11 1.5.2.1 Sơ ñồ nối ñiện phân phối trung áp trên không .12 1.5.2.2 Sơ ñồ phân phối cáp trung áp 13 1.5.2.3 Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện. 16 1.5.2.4 Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp 17 1.6 Trạm biến áp phân phối .18 Chương 2: CÁC VẤN ðỀ CHUNG ðỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ðIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP .20 2.1 Tổng quan về ñộ tin cậy 20 2.1.1 Khái niệm chung về ñộ tin cậy .20 2.1.1.1 Phần tử không phục hồi 21 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv 2.1.1.2 Phần tử phục hồi .24 2.1.2 Nguyên nhân mất ñiện .29 2.1.3 Tổn thất kinh tế do mất ñiện và ảnh hưởng của ñộ tin cậy ñến cấu trúc của hệ thống ñiện .31 2.1.3.1 Tổn thất kinh tế do mất ñiện .31 2.1.3.2 Ảnh hưởng của ñộ tin cậy ñến cấu trúc của hệ thống ñiện 31 2.1.4 ðộ tin cậy hợp lý 32 2.1.5 ðặc ñiểm và các biện pháp nâng cao ñộ tin cậy lưới phân phối 33 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy của lưới phân phối .34 2.2.1 Các yếu tố bên trong: 34 2.2.2 Các yếu tố bên ngoài. 35 2.3 Các chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy của lưới phân phối .35 2.3.1 Các chỉ tiêu ñộ tin cậy của lưới phân phối 35 2.3.1.1 Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI (System average interruption frequency index): 36 2.3.1.2 Tần suất mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIFI (Customer average interruption frequency index): 36 2.3.1.3 Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI (System average interruption duration index): 36 2.3.1.4 Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI (Customer average interruption duration index): 37 2.3.1.5 ðộ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) (Average service availability (unavailability) index): 37 2.3.1.6 Năng lượng không ñược cung cấp, ENS(Energy not supplied index) 37 2.3.1.7 ðiện năng trung bình không ñược cung cấp, AENS hay mất ñiện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index): 37 2.3.2 Các chỉ tiêu ñộ tin cậy của trạm biến áp phân phối 38 2.3.2.1 Số lần cắt ñiện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối 38 2.3.2.2 Thời gian cắt ñiện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v 38 2.3.2.3 ðiện năng mất do sự cố máy biến áp .38 2.4 Các biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cho lưới phân phối 39 2.4.1 ðối với lưới phân phối: .39 2.4.2 ðối với trạm phân phối 42 2.5 Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối ñiện 43 2.5.1 Phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối hình tia có 1 nguồn .43 2.5.1.1 Sơ ñồ tổng quát lưới ñiện .43 2.5.1.2 Tính các chỉ tiêu ñộ tin cậy .45 2.5.2 Lưới ñiện có 2 nguồn cung cấp ñiện 55 2.6 Tính ñộ tin cậy của máy biến áp .55 2.6.1 Khái quát chung .55 2.6.2 Dự trữ và thay thế máy biến áp .56 2.6.2.1 Mô hình toán học 56 2.6.2.2 Hệ phương trình toán học của quá trình ngẫu nhiên Markov .58 2.6.2.3 Giải bài toán dự trữ thay thế trên máy tính 58 2.6.2.4 Kết luận .59 Chương 3: ÁP DỤNG CHO LƯỚI ðIỆN CỤ THỂ THÀNH PHỐ THÁI BÌNH .60 3.1 Giới thiệu chung về lưới ñiện của Thành Phố Thái Bình .60 3.2 Sơ ñồ lưới phân phối ñiện ñược phân tích ñộ tin cậy .62 3.2.1 Sơ ñồ lưới ñiện .62 3.2.3 Giao diện chương trình tính toán ñộ tin cậy và giới thiệu chương trình: .68 3.3 Phân tích ñộ tin cậy của các ñường dây khi chưa có thiết bị phân ñoạn 71 3.3.1 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 371 khi chưa có thiết bị phân ñoạn .71 3.3.2 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 374 khi chưa có thiết bị phân ñoạn .72 3.3.3 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 973 khi chưa có thiết bị phân ñoạn .72 3.3.4 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 977 khi chưa có thiết bị phân ñoạn .72 3.4 Nâng cao ñộ tin cậy của các ñường dây bằng thiết bị phân ñoạn .73 3.4.1 Phương pháp chọn vị trí dao cách ly .73 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vi 3.4.2 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 371 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly .73 3.4.3 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 374 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly .81 3.4.4 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 973 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly .89 3.4.5 Tính toán ñộ tin cậy của ñường dây 977 khi có thiết bị phân ñoạn bằng dao cách ly .92 3.5 Tính hiệu quả kinh tế khi ñặt dao cách ly .99 3.5.1 Hiệu quả kinh tế ñược tính bằng hiệu giá NPV .99 3.5.2 Các thông số cần thiết tính toán NPV ñể phân tích hiệu quả kinh tế 100 3.5.3 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 371 khi ñặt dao cách ly. 100 3.5.4 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 374 khi ñặt dao cách ly. 103 3.5.5 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 973 khi ñặt dao cách ly. 106 3.5.6 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của ñường dây 977 khi ñặt dao cách ly. 108 3.6 Kết luận: 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: .112 TÀI LIỆU THAM KHẢO: .113 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.4.1: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 2 DCL……… ….69 Bảng 3.4.2: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 1 DCL… …… .……… 70 Bảng 3.4.3: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 3 DCL…… .72 Bảng 3.4.4: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 4 DCL……… .… 73 Bảng 3.4.5: Kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng 5 DCL……… .… 75 Bảng 3.4.6: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 371 khi dùng từ 0 ñến 5 DCL …………………………………………………………………… .………………75 Bảng 3.4.7: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 3 DCL………………… .77 Bảng 3.4.8: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 1 DCL………………… .79 Bảng 3.4.9: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 2 DCL………………… .80 Bảng 3.4.10: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 4 DCL…….… 81 Bảng 3.4.11: Kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng 5 DCL………………….83 Bảng 3.4.12: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 374 khi dùng từ 0 ñến 5 DCL .83 Bảng 3.4.13: Kết quả tính toán ñường dây 973 khi dùng 1 DCL………………….85 Bảng 3.4.14: Kết quả tính toán ñường dây 973 khi dùng 2 DCL……… .……… 84 Bảng 3.5.15: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 973 khi dùng từ 0 ñến 2 DCL…………………………………………………………….………………… 87 Bảng 3.4.16: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 3 DCL……….… 88 Bảng 3.4.17: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 1 DCL………………….90 Bảng 3.4.18: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 2 DCL………………….91 Bảng 3.4.19: Kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng 4 DCL………………….92 Bảng 3.4.20: Tổng hợp kết quả tính toán ñường dây 977 khi dùng từ 0 ñến 4 DCL……………………………………………………………………………… .93 Bảng 3.5.1: Tổng hợp kết quả tính toán NPV dường dây 371 khi sử dụng 1 ñến 5 DCL………………………………… ……………………………………………98 Bảng 3.5.2: Tổng hợp kết quả tính toán NPV dường dây 374 khi sử dụng 1 ñến 5 DCL……………………………………………………………………………….101 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… viii Bảng 3.5.3: Tổng hợp kết quả tính toán NPV ñường dây 973 khi sử dụng 1 ñến 2 DCL………………………………………………… ……….………………… 103 Bảng 3.5.4: Tổng hợp kết quả tính toán NPV ñường dây 977 khi sử dụng 1 ñến 4 DCL…………………………………………………………….… 105 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ix DANH MỤC BIỂU ðỒ, ðỒ THỊ Hình 1.4.1 : Lưới ñiện 3 pha trung tính máy biến áp nối ñất qua tổng trở …7 Hình 1.4.2: Lưới ñiện 3 pha và một dây trung tính…………… ………… 8 Hình 1.5.1: Sơ ñồ lưới phân phối trên không hình tia…………… … … .13 Hình 1.5.2: Sơ ñồ lưới phân phối mạch vòng kín……………… .…… 14 Hình 1.5.3: Cung cấp ñiện bằng 2 ñường dây song song………… .… .15 Hình 1.5.4: Mạch liên nguồn………………………………………… … 15 Hình 1.5.5: Cung cấp ñiện thông qua trạm cắt… .…………………… .16 Hình 1.5.6: Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung… .………… … .16 Hình 1.5.7: Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện…………………… .…… … 17 Hình 1.5.8: Sơ ñồ phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp cho phụ tải 1 pha .18 Hình 1.5.9: ðường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng ñường ñi.……… .18 Hình 2.1.1: ðồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t)…………….………… …… 22 Hình 2.1.2: ðồ thị ñộ tin cậy ñược mô tả nhờ λ(t) 24 Hình 2.1.3: Hai trạng thái của phần tử: LV-làm việc, H-hỏng 25 Hình 2.1.4: Mức ñộ tin cậy hợp lý………………………………… 33 Hình 2.4.1: Sơ ñồ tự ñộng ñóng nguồn dự phòng……… .……… .… .40 Hình 2.5.1: Sơ ñồ tổng quát lưới ñiện hình tia………… .……… … .43 Hình 2.5.2: Lưới ñiện có 2 nguồn cung cấp ñiện…… …… .…… … .55 Hình 2.6.1: Mô hình hệ thống máy biến áp……………… .…… .56 Hình 3.2.1. Giao diện chương trình tính toán ñộ tin cậy…………… .… 64 Hình 3.2.2: Giao diện nhập số liệu……………………………… …… 64 Hình 3.2.3: Giao diện ñọc số liệu trước khi tính ñộ tin cậy…………….… .65 Hình 3.2.4: Giao diện tính ñộ tin cậy……………………………… .…… .66 Hình 3.4.1: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dung 2 DCL……… .…… 69 Hình 3.4.2: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dùng 1 DCL……………… .70 Hình 3.4.3: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dùng 3 DCL…………… .71 Hình 3.4.4: Sơ ñồ ñẳng trị ñường dây 371 khi dùng 4 DCL……… .…… 72 Hình 3.4.5: Sơ ñồ ñường dây 371 khi dùng 5 DCL…………………… 74