Hệ thống thực bao gồm hàng trăm máy biến áp làm việc và nhiều máy biến áp dự trữ, do đó hệ phƣơng trình có thể có hàng trăm phƣơng trình. Mặt khác các trạng thái có chỉ số cao hơn (2d+2) có xác suất ngày càng nhỏ, tiến tới không. Một điểm đáng chú ý khác là các hệ số phƣơng trình chỉ tập trung quanh đƣờng chéo của ma trận A. Các thực tế đó cho phép giải gần đúng một cách nhanh chóng.
Có thể giả thiết rằng từ một trạng thái nào đó sau 2d + 2, các xác suất trạng thái bằng không và có thể thay chúng vào hệ phƣơng trình. Ta thấy số phƣơng trình còn lại bao giờ cũng một số đơn vị so với số biến.
Bài toán giải theo cách gần đúng nhiều bƣớc nhƣ dƣới đây:
Bước 1. Giữ ẩn số và k phƣơng trình, bỏ các phƣơng trình k + 1, k + 2... thay phƣơng trình thứ k bằng phƣơng trình:
56
Giải hệ phƣơng trình bằng một phƣơng pháp nào đó (ví dụ phƣơng pháp Gauss), ta đƣợc bộ nghiệm đầu tiên:
PI1 , PI2 , PI3 , ... PIk
Bước II. Tăng k2 bằng k + 2, giải hệ phƣơng trình nhƣ bƣớc 1 với k + 2 phƣơng
trình, ta đƣợc bộ nghiệm của bƣớc 2:
PII1 , PII2 , PII3 , ... PIIk
So sánh kết quả hai bƣớc, nếu nhỏ hơn sai số đã chọn thì dừng:
i = P2i -P1i sai số e
Nếu không đạt thì tăng k lên k + 2 và tính tiếp cho đến khi đạt kết quả.
Kết luận:
Mô hình toán học trên đây cho phép nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống các máy biến áp của một lƣới phân phối và hệ thống tổ chức vận hành (sửa chữa và dự trữ máy biến áp, tổ chức thay thế các máy biến áp khi sự cố...).
Cụ thể là:
- Tính đƣợc điện năng mất của các trạm biến áp phân phối có tính đến ảnh hƣởng của sửa chữa khắc phục sự cố.
- Xác định đƣợc số máy biến áp dự trữ tối ƣu.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của hệ thống sửa chữa - bảo dƣỡng đến độ tin cậy của lƣới phân phối.
57
Chƣơng 3:
CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN 3.1. Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của lƣới điện
3.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy
1. Các yếu tố bên trong
- Sơ đồ kết dây lƣới phân phối: Có ý nghĩa rất lớn đối với độ tin cậy của lƣới vì nó ảnh hƣởng đến khả năng dự phòng khi sự cố hoặc bảo dƣỡng đƣờng dây, khả năng thay đổi linh hoạt sơ đồ kết dây. Một sơ đồ lƣới phân phối hợp lý có khả năng kết nối linh hoạt có thể giảm cƣờng độ hỏng hóc và giảm thời gian mất điện cho phụ tải.
- Chất lƣợng thiết bị phân phối: Ảnh hƣởng trực tiếp đến cƣờng độ hỏng hóc của lƣới phân phối. Các thiết bị đóng cắt nhƣ máy cắt điện, dao cách ly… trƣớc đây có cƣờng độ hỏng hóc và thời gian bảo dƣỡng lớn. Ngày nay với công nghệ hiện đại các thiết bị đóng cắt có độ bền cao, cƣờng độ hỏng hóc nhỏ làm tăng đáng kể độ tin cậy của lƣới phân phối.
- Mức độ hiện đại hóa của các thiết bị điều khiển và tự động hóa. Với các thiết bị thế hệ cũ không có khả năng điều khiển từ xa, việc điều khiển lƣới mất nhiều thời gian do phải đi thao tác tại chỗ đặt thiết bị. Hiện nay áp dụng các thiết bị đo lƣờng, điều khiển từ xa và với sự trợ giúp của máy tính các chế độ vận hành đƣợc tính toán tối ƣu giúp cho việc điều khiển lƣới điện nhanh chóng và hiệu quả, do đó độ tin cậy của lƣới phân phối có thể tăng lên rất nhiều.
- Các thiết bị tự động nhƣ tự động đóng lại (TĐL), tự động đóng nguồn dự phòng (TĐN)… có thể loại trừ ảnh hƣởng của các sự cố thoáng qua hoặc kịp thời cấp nguồn dự phòng, do đó giảm cƣờng độ hỏng hóc của lƣới điện.
- Kết cấu đƣờng dây và trạm biến áp: Thời gian sửa chữa bảo dƣỡng đƣờng dây và trạm biến áp phụ thuộc nhiều vào kết cấu, nếu kết cấu hợp lý có thể làm giảm thời gian sửa chữa phục hồi thiết bị do đó làm giảm thời gian mất điện cho các phụ tải.
58
- Trình độ đội ngũ cán bộ, công nhân làm công tác vận hành và sửa chữa sự cố: Thời gian tìm và xử lý cố phụ thuộc nhiều vào trình độ tổ chức và tay nghề công nhân trong hệ thống quản lý vận hành lƣới phân phối. Để giảm thời gian sửa chữa phục hồi cần có phƣơng pháp tổ chức khoa học và đội ngũ cán bộ công nhân có tay nghề cao.
2. Các yếu tố bên ngoài
- Thời gian: Thời tiết bất thƣờng nhƣ mƣa, sét ảnh hƣởng trực tiếp đến an toàn vận hành đƣờng dây và trạm biến áp: mất điện đƣờng dây, hƣ hỏng cách điện đƣờng dây, hƣ hỏng trạm biến áp,… Hàng năm số lần mất điện do sét đánh ở lƣới phân phối rất nhiều, nhất là vùng có mật độ sét cao.
- Môi trƣờng: Môi trƣờng ô nhiễm hoặc vùng ven biển cũng ảnh hƣởng đến độ bền cách điện của các thiết bị phân phối, đƣờng dây và trạm biến áp, do đó có thể làm tăng cƣờng độ hỏng hóc của lƣới phân phối.
3.1.2. Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy
Độ tin cậy cung cấp điện bị giảm là do các nguyên nhân gây ra gián đoạn dịch vụ bao gồm các nguyên nhân sau:
1. Do các nguyên nhân chƣa biết hoặc rõ ràng: Sự gián đoạn của khách hàng là do không có nguyên nhân rõ ràng đã góp phần vào việc cắt điện.
2. Lịch trình mất điện: Sự gián đoạn của khách hàng là do ngắt điện ở một thời gian biết trƣớc với mục đích để bảo trì, bảo dƣỡng hoặc sửa chữa nguồn điện.
3. Mất nguồn cung cấp: Sự gián đoạn của khách hàng là do các vấn đề trong hệ thống điện cung cấp với số lƣợng lớn.
4. Hệ thống kết nối điện: Sự gián đoạn của khách hàng là do lỗi từ kết nối điện tự do với các mạch năng lƣợng.
5. Do các nguyên nhân từ sét: Sự gián đoạn của khách hàng là do sét gây ra hỏng ở hệ thống phân phối dẫn đến sự cố mất điện hoặc bị lỏng ở đèn điện.
6. Do các nguyên nhân từ thiết bị bảo vệ: Sự gián đoạn của khách hàng là do lỗi của thiết bị đã đƣợc sử dụng trong một thời gian dài mà không đƣợc bảo trì, bảo dƣỡng thƣờng xuyên liên tục.
59
7. Do thời tiết bất lợi: Sự gián đoạn của khách hàng là do các yếu tố về thời tiết nhƣ mƣa, băng, tuyết, gió, nhiệt độ khắc nghiệt, mƣa lạnh, sƣơng giá hoặc các điều kiện bất lợi khác.
8. Do các yếu tố về con ngƣời: Sự gián đoạn của khách hàng là do sự kết nối hoặc sự làm việc của các nhân viên với hệ thống điện.
9. Do các yếu tố ngoại cảnh khác: Sự gián đoạn của khách hàng là do sự kiểm soát của các thành phần nhƣ động vật, xe cộ và các đối tƣợng khác.
3.1.3. Các số lượng thống kê về các nguyên nhân sự cố
Nguyên nhân từ các loài động vật và thời tiết bất lợi cũng làm ảnh hƣởng đáng kể đến độ tin cậy cung cấp điện của lƣới điện cụ thể nhƣ sau:
* Động vật:
Động vật là một trong những nguyên nhân lớn nhất gây ra cho sự gián đoạn của khách hàng. Vấn đề giảm thiểu các loài động vật tham gia vào quá trình hình thành các sự cố, mô tả mối quan tâm cải thiện độ tin cậy và phổ biến chiến lƣợc cho các lớp học của động vật nhƣ: sóc, chuột, chim.
* Chim
Chim là nguyên nhân phổ biến nhất gây sự cố trên hệ thống truyền tải, trạm biến áp cách điện không khí. Các loại khác nhau của các loài chim gây ra các lỗi khác nhau, có nhiều loại chim khác nhau nhƣ chim làm tổ, chim ăn thịt, chim gõ kiến,… Chim lồng thƣờng làm tổ trên tháp lƣới mắt cáo, cột, và trong trạm biến áp. Vật liệu làm tổ có thể gây ra lỗi và phân chim có thể gây ô nhiễm chất cách điện.
* Thời tiết bất lợi chủ yếu là do mƣa bão gây nên
Trong mùa mƣa bão số 8 năm 2012 và bão số 6 năm 2013 các cơn bão đã đổ bộ và gây ra thiệt hại lan rộng hệ thống phân phối toàn huyện Vụ Bản tỉnh Nam Định, cơn bão đã trở thành một chủ đề quan trọng đối với độ tin cậy phân phối điện. Điều này nhấn mạnh phạm vi thiệt hại mà cơn bão có thể không bao gồm hệ thống chi phí thiệt hại, tổn thƣơng hệ thống ngầm và lũ lụt.
60
3.1.4. Phân tích độ tin cậy của lưới cáp ngầm và lưới điện trên không
Sự khác biệt giữa lƣới cáp ngầm và đƣờng dây trên không
- Đƣờng dây trên không chịu tác động của môi trƣờng là chính. - Cáp hỏng do hỏng cách điện là chính.
* Nguyên nhân sự cố cáp ngầm:
* Nguyên nhân sự cố đƣờng dây trên không:
Ta thấy nguyên nhân sự cố 2 loại đƣờng dây khác nhau nhiều.
Vật liệu già hóa là nguyên nhân cao nhất gây sự cố cáp. Hƣ hại do đào bới vào cáp và phá hoại là nguyên nhân quan trọng thứ 2 gây sự cố, tiếp theo là quá tải hoặc liên quan đến tải. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hỏng cáp cần lƣu ý là: Yếu tố sản xuất, công nghệ sản xuất, năm sản xuất, lịch sử bảo quản cáp và cách thức đào lấp cáp. Sự cố đƣờng dây trên không do các yếu tố khách quan là chính, liên quan đến cây cối và thời tiết.
Về thời tiết yếu tố ảnh hƣởng là vị trí địa lý, nhiệt độ trung bình và lƣợng mƣa hàng năm.
3.2. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lƣới điện
Mục đích nâng cao độ tin cậy: Nâng cao độ tin cậy là một trong những việc làm rất cần thiết nhằm đáp ứng yêu cầu của phụ tải điện, đạt đƣợc mức tin cậy hợp lý của lƣới phân phối điện.
3.2.1. Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện
1. Tái cấu trúc hệ thống phân phối điện
Tái cấu trúc bao gồm các công việc nhằm nâng cao khả năng tải, nâng cao độ tin cậy.
Khả năng tải của lƣới phân phối điện thể hiện ở giới hạn điện áp các nút tải, giới hạn tải theo nhiệt độ ở đƣờng dây và máy biến áp.
Độ tin cậy thể hiện ở các chỉ tiêu đã nêu trên. Nâng cao khả năng tải cũng là nâng cao độ tin vì khi khả năng tải cao hơn thì nguy cơ vi phạm khả năng tải trọng vận hành dẫn đến cắt điện cũng thấp hơn.
61 - Đặt tụ điện
- Tăng tiết diện dây, làm thêm đƣờng dây mới.
- Thay đổi sơ đồ lƣới điện, đặt thêm thiết bị phân đoạn, thiết bị tự động đóng lại, dao cách ly tự động.
- Tự động hóa điều khiển vận hành. - Cải tiến hệ thống điều chỉnh điện áp - Đặt thêm nguồn phân tán (DG).
2. Khôi phục phục vụ (service restoration) nhanh
Hệ thống khôi phục phục vụ bao gồm các thiết bị thực hiện đặt trên lƣới điện nhƣ: máy cắt, dao cách ly, tự đóng lại… và bộ phận điều khiển nhằm khôi phục nhanh cung cấp điện cho khách hàng.
Tùy theo cấu trúc mà hệ thống phục hồi có thể:
- Phục hồi cấp điện một phần hay toàn phần phụ tải điện. - Thời gian phục hồi có thể rất nhanh hoặc chậm.
Một công việc khó khăn là phải tìm kiếm sự cố gồm phần tử sự cố và vị trí sự cố.
Có 2 phƣơng pháp tìm sự cố: Chẩn đoán và kiểm tra
Chẩn đoán dùng thiết bị đo đánh giá khách quan tình hình, kiểm tra có tính chủ quan dựa vào kinh nghiệm của kiểm tra viên.
Đối với lƣới điện nhiều cáp ngầm phƣơng pháp khách quan hiệu quả hơn. Một nửa số hƣ hỏng cáp là do già hóa. Dùng phƣơng pháp chẩn đoán có thể thấy trƣớc nguy cơ sự cố và khắc phục trƣớc khi xảy ra sự cố. Tuy nhiên không thể dùng phƣơng pháp này để chẩn đoán các sự cố do yếu tố khách quan nhƣ sét đánh, quá tải … đối với đƣờng dây trên không.
Đối với đƣờng dây trên không phƣơng pháp kiểm tra có hiệu quả vì các sự cố có tính ngẫu nhiên, do hoàn cảnh xung quanh đƣờng dây gây ra. Kiểm tra cây cối, sinh vật, thiết bị chống sét, có thể góp phần hạn chế sự cố. Đối với cáp không thể kiểm tra đƣợc vì cáp nằm ngầm dƣới đất.
62
Cáp ngầm tin cậy hơn nhƣng thời gian sự cố lâu hơn so với đƣờng dây trên không. Do đó các chủ đƣờng dây thƣờng chú ý đến biện pháp chẩn đoán để hạn chế sự cố cáp, dù chi phí chẩn đoán cao.
* Phƣơng pháp kiểm tra
Giám định hình ảnh: Dùng mắt thƣờng quan sát đƣờng dây từ mặt đất hay trực thăng từ trên không, quan sát cây cối, sinh vật… xem có nguy cơ xâm hại đƣờng dây không. Có thể quay camera để xem xét kỹ hơn. Giám định âm thanh: đối với vầng quang, phóng điện bề mặt hay với đầu nối cáp. Giám định nhiệt độ: đo nhiệt độ các chỗ nối…
Kết quả giám định đƣợc so với điều kiện giới hạn, nếu quá giới hạn thì sử lý, ví dụ ngọn cây gần đƣờng dây hơn giới hạn cho phép thì phải chặt đi.
Phƣơng pháp kiểm tra có thể áp dụng trong vận hành đối với đƣờng dây trên không. Đối với các phƣơng pháp này áp dụng khi cáp bị sự cố, quan sát chỗ cáp hỏng để tăng thêm hiểu biết về sự hỏng của cáp.
* Phƣơng pháp chẩn đoán
Chẩn đoán ở cáp ngầm có 2 loại: on line (nóng) và off line (lạnh).
Chẩn đoán lạnh: Là chẩn đoán khi cáp tách khỏi vận hành. Cáp đƣợc nạp bằng nguồn điện nhân tạo. Dùng phƣơng pháp quang phổ để phân tích tgδ, hay là đo tổn thất và điện dung của cáp rồi so với giá trị tƣơng ứng của cáp mới.
Chẩn đoán nóng: Đắt tiền nhƣng cho phép phát hiện cây nƣớc ở giai đoạn sớm (cây nƣớc là giai đoạn đầu của cây điện gây phóng điện ở cáp). Ở đây dùng phƣơng pháp phản xạ, phát xung vào cáp rồi đo phản xạ cho phép tìm ra cây nƣớc trong cáp.
Còn phƣơng pháp nữa là máy đo nhiệt, đo nhiệt độ mối nối cáp cũng có thể phát hiện nguy cơ hỏng cáp.
Chẩn đoán có ý nghĩa rất quan trọng đối với độ tin cậy của cáp ngầm.
3. Dự trữ thiết bị hợp lý
63
- Dự trữ máy biến áp thay thế: Máy biến áp hỏng có thời gian sửa chữa rất lâu, hàng tuần lễ, mặt khác các trạm phân phối thƣờng chỉ có một máy biến áp, cho nên khi sự cố máy biến áp cần phải thay thế ngay bằng máy mới sau đó mới đem sửa chữa máy hỏng. Thời gian sửa chữa khoảng 1 ngày cộng thời gian mang máy từ kho đến nơi hỏng.
- Trạm biến áp tự hành: Khi bảo dƣỡng một trạm phân phối thƣờng kéo dài nhiều giờ ngƣời ta đƣa máy tự hành đến cấp điện thay thế, thời gian thay thế chừng nửa giờ, để có thể dùng đƣợc trạm tự hành, trạm phân phối phải đƣợc thiết kế tƣơng thích, sao cho có thể chuyển đấu nối hệ thống phân phối cao và hạ áp của trạm phân phối sang trạm tự hành nhanh nhất. Trạm tự hành cũng có thể dùng khi sự cố máy biến áp.
- Dự trữ thiết bị thay thế và vật tƣ: Thiết bị thay thế khác nhƣ máy cắt, dao cách ly, sứ cách điện, cáp, cột … cần đƣợc dự trữ để sử dụng khi cần.
3.2.2. Giải pháp hoàn thiện hệ thống quản lý
Trình độ và kinh nghiệm của nhân viên quản lý vận hành ảnh hƣởng rất nhiều đến độ tin cậy của lƣới phân phối điện. Nếu trình độ tốt và có kinh nghiệm họ