Ngành điện được mong đợi cung cấp điện liên tục, có chất lượng cho khách hàng với giá cả hợp lý bằng việc sử dụng hệ thống và trang bị sẵn có một cách kinh tế. Cung cấp điện liên tục được hiểu là cung cấp điện một cách chắc chắn, an toàn cho con người và thiết bị với chất lượng điện năng là điện áp và tần số danh định trong giới hạn cho phép.
Để dịch vụ bảo trì chắc chắn tới khách hàng, ngành điện phải có dư công nhân để ngăn chặn các sự cố ở các bộ phận dẫn đến mất điện của khách hàng gây ra hỏng hàng hóa, dịch vụ và tổn thất kinh tế. Để tính toán giá của độ tin cậy, thiệt hại do sự cố phải được xác định rõ.
Giá của độ tin cậy được sử dụng cho để xem xét và đánh giá tỷ lệ tăng trưởng của nó. Phân tích kinh tế độ tin cậy của hệ thống có thể là công cụ kế hoạch rất hữu ích trong quyết định chi tiêu tài chính để cải thiện độ tin cậy bằng cách cung cấp vốn đầu tư thêm cho hệ thống.
Các nghiên cứu về độ tin cậy đã chỉ ra rằng: độ tin cậy là mong muốn tránh các sự cố thiết bị hoặc tổ hợp thiết bị mà dẫn đến mất ngừng cung cấp điện. Mức độ của độ tin cậy được coi là hợp lý khi thiệt hại do mất điện tăng thêm tránh được vượt quá hậu quả của sự mất điện khách hàng. Theo đó mức độ tin cậy hợp lý từ góc độ người tiêu dùng có thể được định nghĩa là mức độ tin cậy khi tổng chi phí đầu tư và thiệt hại do mất điện là nhỏ nhất. Lưu ý rằng sự cải thiện độ tin cậy của hệ thống và vốn đầu tư không phải là quan hệ tuyến tính và độ tin cậy hợp lý của hệ thống phù hợp với giá tối ưu... tổng chi phí nhỏ nhất, vấn đề đặt ra là vốn đầu tư ban đầu làm tăng độ tin cậy như thế nào? Vốn đầu tư tiếp theo đặt vào đâu để đạt được độ tin cậy cao nhất.
C h i p h í
iá tối ưu Tổng chi phí
Vốn đầu tư
Độ tin cậy hợp lý
100%
ình 1.6 Độ tin cậy trong bài toán kinh tế
1.2.4Các biện p áp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Để nâng cao độ tin cậy của toàn lưới phân phối thì ta cần phải nâng cao độ tin cậy của các phần tử hợp thành lưới. Biện pháp đầu tiên cần phải quan tâm là sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao. Các phần tử cần có độ tin cậy cao trong hệ thống điện như là đường dây, máy biến áp, máy xắt, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa... Ngày nay, với sự phát triển mạnh của ngành công nghệ vật liệu mới, đã có nhiều vật liệu và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao. về vật liệu có thể kể đến như: vật liệu cách điện có cường độ cách điện cao như các loại giấy cách điện, sứ cách điện bằng silicon... về thiết bị điện có thể kể một số loại như: máy cắt điện chân không, máy cắt điện SF6. Các thiết bị bảo vệ và tự động hóa hiện nay sử dụng công nghệ kỹ thuật số có độ tin cậy cao hơn rất nhiều so với thiết bị sử dụng rơle điện từ trước đây. Ngoài ra máy biến áp hiện nay sử dụng vật liệu dẫn từ có tổn hao nhỏ và cách điện tốt nên có độ tin cậy cao. Tuy nhiên việc sử dụng thiết bị có độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng chi phí đẩu tư cho lưới điện. Vì vậy ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế của hệ thống, nên việc sử dụng nó tùy vào điều kiện cụ thể. Đối với những hộ phụ tải không được phép mất điện thì đầu tư với khả năng tốt nhất cho phép. Đối với các phụ tải khác phải dựa trên sự so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư. Trên thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, có độ tin cậy thấp đang dần được thay thế bằng
những thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện đang ngày được nâng cao rõ rệt.
Biện pháp thứ hai là sử dụng các thiết bị tự động trên lưới, các thiết bị điều khiển từ xa. Các thiết bị tự động thường dùng là: tự động đóng lại (TĐL), tự động đóng nguồn dự phòng, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA). Theo thống kê, đối với đường dây tải điện trên không sự cố thoáng qua có thể chiếm tới (70-80)% tổng số lần sự cố đường dây. Nguyên nhân là do sét đánh vào đường dây, cây đổ vào đường dây, vật lạ rơi vào đường dây... Các sự cố này thường tự giải trừ sau một hoặc 2 lần phóng điện. Do đó, nếu sử dung TĐL thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao, do thời gian TĐL rất ngắn (2-5s) nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất điện. Trường hợp khi có 2 nguồn cấp trong đó có 1 nguồn dự phòng thì thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng rất hiệu quả, khi có một nguồn bị sự cố thì nguồn kia lập tức được đưa vào làm việc không gây mất điện cho phụ tải. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thống tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa. Sử dụng hệ thống CADA trong điều hành lưới phân phối sẽ nhanh chóng tách đoạn lưới sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không sự cố. Đối với hệ thống lưới phân phối nhiều nguồn và kết dây phức tạp như lưới điện trong các thành phố thì việc sử dụng hệ thống SCADA là rất hiệu quả và họp lý, tuy nhiên đối với hệ thống lưới phân phối ở các vùng nông thôn ngoại thành... thì chi phí cho hệ thống này là khá lớn ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của công trình.
Biện pháp thứ ba là tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết nối dây lưới điện hợp lý (sử dụng đường dây mạch kép, lưới kín vận hành hở, lưới phân đoạn). Lưới phân phối hiện nay thường là lưới hình tia có phân nhánh, thường có độ tin cậy thấp. Tuy vậy, bởi lý do về kinh tế nó vẫn được dùng phổ biến ở nước ta. Để tăng độ tin cậy của lưới phân phối cần sử dụng những sơ đồ có khả năng chuyến đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải. Hiện nay có thể dùng các sơ đồ kết nối dây sau: ơ đồ sử dụng đường dây mạch
lộ có thể vận hành song song hoặc vận hành độc lập. Khi sự cố một lộ, lộ còn lại cấp điện cho toàn bộ phụ tải. Vì vậy, khả năng tải của mỗi lộ phải đảm đương được toàn bộ tải. Đặc điểm của sơ đồ này là có độ tin cậy cao nhưng chi phí đầu tư khá lớn, chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng không cho phép mất điện.
ơ đồ lưới kín vận hành hở. Loại sơ đồ này gồm nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới hở. Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, còn các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác, sau đó lại được cấp điện bình thường. ơ đồ này có ưu điểm là chi phí đầu tư không cao, có thể áp dụng cho các hệ thống phân phối điện. Tuy nhiên còn tùy thuộc vào tình hình nguồn điện ở từng khu vực.
ơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì nó có chi chí thấp, sơ đồ đơn giản có thể áp dụng rộng rãi. Nhược điểm của nó là có độ tin cậy chưa cao. Thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt điện, dao cách ly, dao cách ly phụ tải. Trong sơ đồ này khi sự cố một phân đoạn thì chỉ những phân đoạn phía sau nó bị mất điện, các phân đoạn đứng trước nó (về phía nguồn) chỉ bị mất điện tạm thời trong thời gian thao tác. Trong kiểu sơ đồ này, số lượng và vị trí đặt các thiết bị phân đoạn cũng ảnh hưởng đến thời gian mất điện của phụ tải. Vì vậy cần lựa chọn cụ thể cho từng lưới điện cụ thể. Kinh nghiệm vận hành cho thấy để giảm thiểu điện năng bị mất do bảo dưỡng định kỳ và do sự cố cần nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây. Vị trí đặt các thiết bị phân đoạn chia đều chiều dài đường dây. Tuy nhiên việc lắp đặt quá nhiều thiết bị phân đoạn sẽ làm tăng vốn đầu tư, tăng phần tử sự cố trên lưới nên đối với lưới l0kV người ta thường chọn chiều dài các phân đoạn đường dây từ 2-3 km. Để sử dụng sơ đồ này có hiệu quả có thể kết hợp với các thiết bị tự động đóng lại, điều khiển từ xa... có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối. Việc sử dụng các thiết bị này có thể loại trừ ảnh hưởng của sự cố thoáng qua và rút ngắn thời gian thao tác trên lưới, nhờ thế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tuy nhiên, vốn đầu tư khá lớn nên việc sử dụng nó cần so sánh tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư.
Biện pháp thứ tư là tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh. Đây là một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Việc tìm và cô lập nhanh sự cố, rút ngắn thời gian mất điện của phụ tải. Ở đây bao gồm các nội dung: tổ chức đủ người, dụng cụ, vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự cố. Tổ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất. Tổ chức sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện của phụ tải, giảm điện năng bị mất do sự cố, góp phần nâng cao chỉ tiêu về độ tin cậy của lưới phân phối.
Biện pháp thứ năm là tăng cường công tác kiểm tra bảo dưỡng đường dây, thiết bị vận hành trên lưới để ngăn ngừa sự cố chủ quan. Bao gồm trang bị đầy đủ các phương tiện phục vụ công tác quản lý vận hành như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng... Đào tạo để nâng cao kiến thức tay nghề cùng tính kỷ luật cao cho nhân viên vận hành. Từng bước nâng cao tỷ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới đang vận hành). Biện pháp này khá đơn giản không tốn kém và rất hiệu quả để giảm thời gian sự cố mất điện.
1.2.5 Phân loại bài toán độ tin cậy
Bài toán độ tin cậy được phân chia thành các bài toán nhỏ hơn [1]:
Nguồn điện Lưới hệ thống Lưới truyền tải Lưới phân phối Phụ tải
ệ thống phát
ệ thống điện Lưới điện
1 2 3 4
Hình 1.7 Phân loại bài toán độ tin cậy
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống phát, chỉ xét riêng các nguồn điện. - Bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến các nút tải
hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện.
- Bài toán về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phân phối. - Bài toán về độ tin cậy của phụ tải.
- Bài toán quy hoạch, phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện; - Bài toán vận hành, phục vụ vận hành hệ thống điện. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo nội dung bài toán, độ tin cậy được chia thành:
- Bài toán giải tích, nhằm mục đích tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống điện có cấu trúc cho trước.
- Bài toán tổng hợp, nhằm xác định trực tiếp thông số của một phân tử nào đó trên cơ sở cho trước yêu cầu độ tin cậy và các thông số của 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 dùng 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 loại bài toán về độ tin cậy đều gồm có bài toán quy hoạch và vận hành. Mỗi bài toán lại bao gồm loại giải tích và tổng hợp.
Bài toán phân tích độ tin cậy có ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch, thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện. Nội dung bài toán này là tính các chỉ tiêu độ tin cậy của một bộ phận nào đó của hệ thống điện từ các thông số độ tin cậy của các phần tử của nó, ví dụ tính độ tin cậy của một trạm biến áp, một phần sơ đồ lưới điện... Các chỉ tiêu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc (hay tiêu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ) nào đó do người phân tích độ tin cậy đặt ra. Ví dụ tiêu chuẩn hỏng hóc của lưới điện có thể là phụ tải mất điện, điện áp thấp hơn giá trị cho phép, dây dẫn quá tải...
Phân tích độ tin cậy nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố bên trong và bên ngoài đến độ tin cậy của hệ thống điện. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện là:
- Độ tin cậy của phần tử: Cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi; Sửa chữa định kỳ; Ngừng điện công tác.
hình dáng lưới điện.
- Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay). - Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành.
- Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố: Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ; Dự trữ thiết bị, sửa chữa; Dự trữ công suất trong hệ thống; cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành; Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị.
- Ảnh hưởng môi trường: Phụ tải điện; Yếu tố thời tiết khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiễm môi trường.
- Yếu tố con người: trình độ của nhân viên vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hóa vận hành.
Trong bài toán giải tích độ tin cậy, các yếu tố trên là yếu tố đầu vào còn đầu ra là chỉ tiêu 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.
Tùy từng phương pháp mà một số yếu tố bị bỏ qua hoặc đơn giản hóa.
Tuy nhiên các kết quả nói chung cũng vẫn sử dụng được trong quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện.
Các giả thiết cũng khác nhau trong bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện.
Các giả thiết cũng khác nhau trong bài toán độ tin cậy phục vụ quy hoạch hay phục vụ vận hành.
Bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch nhằm xác định việc đưa thêm thiết bị mới, thay đổi cấu trúc hệ thống điện trong các năm tiếp theo. Còn bài toán về độ tin cậy phục vụ vận hành nhằm kiểm nghiệm hoặc lựa chọn sách lược vận hành hệ thống điện có sẵn.
Hai loại bài toán này có phần cơ bản giống nhau, tức là mô hình chung của hệ thống điện.
1.3 Tổng quan về tính toán độ tin cậy cho lƣới phân phối
Trong hệ thống điện, lưới phân phối là khâu cuối cùng cung cấp điện cho phụ tải. Lưới phân phối có ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống