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 có thể xử lý sự cố rất nhanh an toàn.
3.2.3. Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao
Độ tin cậy của lƣới phân phối điện phụ thuộc chủ yếu vào độ tin cậy của các phần tử nhƣ: Đƣờng dây, máy biến áp, máy cắt điện, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa… Muốn nâng cao độ tin cậy của lƣới điện cần sử dụng các phần tử có độ tin cậy cao.
Ngày nay với sự phát triển của nghành công nghệ vật liệu mới, đã có nhiều vật liệu và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao.
Về vật liệu điện có thể kể nhƣ: Vật liệu cách điện có cƣờng độ cách điện cao nhƣ các loại giấy cách điện, sứ cách điện bằng silicon, …
Về thiết bị điện có thể kể một số loại nhƣ: Máy cắt điện chân không, máy cắt khí SF6… có thể đóng cắt 10.000 lần không phải sửa chữa.
64
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 trƣớc 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 đầu tƣ cho lƣới điện. Vì vậy, ảnh hƣởng 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 đƣợc phép mất điện thì đầu tƣ 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 tƣ.
Trên thực tế lƣới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, có độ tin cậy thấp đang đƣợc thay thế bằng những thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lƣới điện ngày càng đƣợc nâng cao rõ rệt.
3.2.4. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa
Các thiết bị tự động thƣờng dùng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lƣới phân phối: Tự động đóng lại đƣờng dây (TĐL), tự động đóng nguồn dự phòng (TĐN), hệ thống điều khiển giám sát và thu nhập dữ liệu từ xa (SCADA).
Hầu hết các sự cố trên đƣờng dây tải điện trên không là sự cố thoáng qua, theo thống kê chiếm khoảng (70-80)% tổng số lần sự cố trên đƣờng dây. Nguyên nhân chủ yếu là do sét đánh vào đƣờng dây, cây đổ gần đƣờng dây chạm vào đƣờng dây, vật lạ rơi vào đƣờng dây,… các sự cố này thƣờng tự giải trừ sau một hoặc hai lần phóng điện. Nếu bố trí thiết bị tự động đóng lại đƣờng dây tỷ lệ đóng lại thành công sẽ rất cao, do thời gian tự động đóng lại đƣờng dây rất ngắn nên phụ tải không bị ảnh hƣởng do mất điện.
Đối với lƣới điện có dự phòng hoặc 2 nguồn cung cấp điện, việc sử dụng tự động đóng lại đƣờng dây sẽ rất hiệu quả. Khi một nguồn mất điện, nguồn kia sẽ tự động đóng vào thay thế nguồn thứ nhất cấp điện cho phụ tải. Thời gian tự động đóng nguồn dự phòng rất ngắn nên không ảnh hƣởng đến phụ tải.
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành
65
công nghiệp. Hệ thống này cho phép thu thập dự liệu, phân tích và điều khiển các đối tƣợng từ xa. Sử dụng hệ thống SCADA trong điều hành lƣới phân phối sẽ cho phép nhanh chóng tách đoạn lƣới bị sự cố và khôi phục cấp điện cho phân đoạn không bị sự cố, nhờ đó độ tin cậy đƣợc nâng cao.
3.2.5. Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây
Lƣới phân phối hiện nay thƣờng là lƣới phân phối hình tia có phân nhanh, độ tin cậy cung cấp điện thấp. Để tăng độ tin cậy của lƣới cần phải sử dụng sơ đồ có khả năng chuyển đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng điện cho phụ tải.
- Sơ đồ sử dụng đƣờng dây kép:
Hai đƣờng dây cung cấp điện cho phụ tải, bình thƣờng hai đƣờng dây có thể vận hành song song hoặc độc lập. Khi sự cố một đƣờng dây, đƣờng dây còn lại cấp điện cho toàn bộ phụ tải. Nhƣ vậy khả năng tải của mỗi đƣờng dây phải đảm bảo đƣợc toàn bộ phụ tải khi một đƣờng dây bị sự cố.
Sơ đồ này cho độ tin cậy cao nhƣng phải chi phí đầu tƣ khá lớn, chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng không đƣợc phép mất điện.
- Sơ đồ kín vận hành hở:
Lƣới phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đƣờng dây tạo thành lƣới kín nhƣng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lƣới hở. Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác sau đó lại đƣợc cấp điện bình thƣờng.
Sơ đồ này có ƣu điểm là chi phí đầu tƣ không cao, có thể áp dụng cho hệ thống phân phối điện, nhƣng còn tùy thuộc vào tình hình nguồn điện của từng khu vực.
- Sơ đồ lƣới có phân đoạn:
Sơ đồ lƣới hình tia có phân đoạn đƣợc dùng phổ biến hiện nay vì có chi phí