Một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là tổ chức tìm và cô lập giải quyết sự cố nhanh, rút ngắn thời gian mất điện cho phụ tải. Do đó cần phải:
- Tổ chức đủ người, đủ dụng cụ, vật tư phải được dự phòng sẵn sàng, 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 thông tin sự cố qua hệ thống điều độ B3 với thường trực vận hành của điện lực để cô lập sự cố nhanh nhất.
70
- Tổ chức sữa chữa thay thế nhanh các phần tử hư hỏng
Như vậy nếu 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.
71
ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN HUYỆN XUÂN TRƯỜNG – TỈNH NAM ĐỊNH
1. Ảnh hưởng độ tin cậy của đường dây trung áp đến độ tin cậy của phụ tải.
Từ trạm trung gian 110kV/35(22)kV, có các xuất tuyến trung áp cấp điện cho một số trạm biến áp phân phối hạ áp 35(22)/0,4kV. Số trạm hạ áp của một xuất tuyến nhiều hay ít tùy thuộc điện áp trung áp, đường dây 22kV có thể tải đến 6MW, xa đến 30 km, nếu mỗi trạm 200 kVA thì có thể đến 30 trạm hạ áp. Mỗi xuất tuyến tạo thành một lưới phân phối điện độc lập trong nghiên cứu tính toán. Các xuất tuyến lân cận cũng có thể có các thiết bị phân đoạn liên hệ để dự phòng cho nhau khi sự cố, lúc bình thường để mở.
Theo Reliability of Electric Utility Distribution Systems: EPRI White Paper 1000424 Final Report, October 2000, California thì độ tin cậy của xuất tuyến ảnh hưởng lớn nhất đến độ tin cậy của phụ tải.
Nguyên nhân mất điện phụ tải chủ yếu là do sự cố ở lưới phân phối điện một thống kê cho biết trong tổng thời gian mất điện thì: 85% do sự cố ở lưới phân phối điện; 9% do các trạm trung gian; 4% do lưới truyền tải điện; dưới 2% do nguồn điện. 2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối điện trung áp.
2.1. Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện:
Sơ đồ cung cấp điện lựa chọn theo yêu cầu độ tin cậy của các hộ dùng diện. Nói chung lưới điện trên không chọn sơ đồ hình tiacác loại.
Lưới đô thị chọn sơ đồ mạch vòng kín vận hành hở, các hộ có yêu cầu cao hơn sẽ dùng các loại sơ đồ phức tạp hơn.
2.2 Giảm suất sự cố:
Sử dụng thiết bị phân phối chất lượng cao Sử dụng resloser giảm sự cố thoáng qua 2.3. Giảm thời gian sửa chữa sự cố: Sử dụng thiết bị báo sự cố
72
Cô lập nhanh phần tử sự cố, phục hồi cấp điện nhanh cho lưới phân phối điện. Sửa chữa nhanh đoạn sự cố.
2.4. Đặt thiết bị phân đoạn trên một số đoạn lưới, đoạn lưới là đoạn đường dây nối 2 phụ tải kề nhau.
2.5. Tự động hóa giảm thời gian thao tác sự cố.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới phân phối điện đến độ tin cậy của phụ tải.
Để nghiên cứu ta xét lưới phân phối điện hình tia giả tưởng có 25 trạm phân phối rải đều cách nhau 1 km, có cùng công suất tải 200kW, Tmax = 2000h, cường độ hỏng hóc = 10./1 km. năm, thời gian xử lý sự cố, thời gian thao tác mở dao cách ly cô lập đoạn lưới sự cố đóng điện khôi phục cấp điện cho đoạn lưới tốt thay đổi, số lượng thiết bị phân đoạn thay đổi.
3.1. Tính độ tin cậy lưới phân phối điện không có thiết bị phân đoạn lộ 475E38, thời gian xử lý sự cố là 12h.
Tổng điện năng mất-kWh: 4194
Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải – h: 3,56
Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải đẳng trị -1/năm: 1,19 Kết quả này có thể tính nhẩm được:
Tổng độ dài lưới điện: 38,2 km, số sự cố = 25.10/100 = 3,82 lần năm. Mỗi lần hỏng mất 12 giờ sửa chữa, 2,5 lần là 46h 1 năm.
3.2. Tính ảnh hưởng của thời gian sữa chữa sự cố
Cho thời gian sửa chữa sự cố lần lượt 12h, 10h, 8h ta được kết quả sau:
Tsc-h 12 10 8
∆Amd –kWh 4194 911 712
Tmd –h 46 17,5 15
Ta thấy tổn thất điện năng và thời gian mất điện biến thiên tuyến tính với thời gian vừa sửa chữa sự cố.
3.3. Tính ảnh hưởng của 1 thiết bị phân đoạn Tính cho trường hợp thời gian sửa chữa là 12h.
73
Dùng 1 dao cách ly phân đoạn, đặt tại đoạn lưới điện 12: Tổng điện năng mất – kWh: 3673
Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải – h: 3,12 Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải -1/năm: 1,19 Đặt dao cách ly tại các đoạn lưới điện khác ta được bảng kết quả:
5 9 12 17 24
∆Amd - kWh 3.874 3.497 3.673 4.159 3.701
Tmd - 3,21 2,96 3,12 3,53 3,12
Nhận xét:
+ Về điện năng mất: Đặt dao cách ly ở giữa đường dây cho giá trị nhỏ nhất. Về thời gian mất điện cho 1 nút tải thì đặt gần về đầu đường dây cho giá trị nhỏ hơn. Tuy nhiên độ biến đổi về thời gian nhỏ.
Có thể xem điểm đặt tối ưu 1 dao cách ly là ở giữa đường dây, cho điện năng suất do sự cố nhỏ nhất.
Dùng 2 dao cách ly phân đoạn.
Đặt mỗi dao ở 1/3 đường dây: đoạn 8, 16. Tổng điện năng mất –kWh: 16246.6
Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải đẳng trị -h: 2,45 Đây là vị trí đặt cho điện năng mất nhỏ nhất.
Nhận xét về mặt kinh tế.
Độ giảm điện năng mất giữa trường hợp không có dao cách ly phân đoạn và có 1 dao cách ly là: 4194 – 3874 = 320 kWh 1 năm, nếu tính giá 1kWh điện năng mất là 1 USD thì lợi ích 1 năm là 320 USD. Do đó đặt dao cách ly phân đoạn cho lưới điện là biện pháp rất hiệu quả để nâng cao độ tin cậy cho phụ tải điện.
Lợi ích kinh tế còn phụ thuộc mạnh vào Pmax, Tmax của phụ tải, công suất và thời gian Tmax càng lớn đặt dao cách ly phân đoạn càng hiệu quả.
4. Áp dụng tính toán cho lưới điện thực tế huyện Xuân Trường. 4.1. Giới thiệu chung về lưới điện huyện Xuân Trường.
74
Xuân Trường là một huyện của tỉnh Nam Định nằm ở phía Nam Thành phố Nam Định, phía Tây sông Hồng, Xuân Trường tiếp giáp với các huyện Trực Ninh, Giao Thuỷ, Hải Hậu. Trung tâm hành chính của huyện nằm ở thị trấn Xuân Trường có hệ thống lưới điện 110kV khá phát triển tập trung chủ yếu ở thị trấn Xuân Trường lưới phân phối sử dụng hai cấp điện áp như: 22kV, 35kV khiến cho công tác quản lý và vận hành gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên hiện nay điện lực huyện Xuân Trường đã được Công ty Điện lực Nam Định quan tâm nên điện lực huyên Xuân Trường đã phát triển khá nhanh cả về sản lượng và quy mô. Hầu hết các trục lưới phân phối được cải tạo nâng cấp lên mạng điện áp 22kV và lấy nguồn cung cấp từ trạm biến áp 110kV.
Theo thống kê của phòng điều độ điện lực huyện Xuân Trường có một số trạm và đường dây đang được quản lý và vận hành như sau:
Khối lượng trạm và máy biến áp đang quản lý vận hành: Trạm biến áp trung gian khu vực:
Trạm 110/35(22)kV có 2 trạm trung gian, 4 máy biến áp, dung lượng là 125000kVA.
Trạm biến áp thuộc tài sản khách hàng: có 65 trạm biến áp, tổng công suất là 127.268 kVA.
Trạm biến áp thuộc tài sản điện lực: có 146 trạm biến áp, tổng công suất là 38.600 kVA.
* Khối lượng đường đây đang quản lý vận hành: Đường dây trung áp có chiều dài 138 km, trong đó:
Đường dây 35kV, đường dây trên không 36,8 km, cáp ngầm 0,25 km. Đường dây 22kV, đường dây trên không 95,7 km, cáp ngầm 1,46 km. Đường dây hạ áp có chiều dài 829 km.
Lưới điện thường xuyên được tổ chức kiểm tra định kỳ ngày và đêm, kiểm tra kỹ thuật, kiểm tra đột xuất đường dây và trạm biến áp trước và sau các cơn bão, chất lượng công tác đã được nâng cao. Hàng tháng đều lập kế hoạch và kiểm tra định kỳ, vệ sinh công nghiệp đối với từng đường dây và trạm biến áp theo đúng quy định
75
như vệ sinh công nghiệp, thay sứ nứt vỡ toàn bộ các đường dây trung thế thuộc địa bàn quản lý. Các tồn tại phát hiện trong quá trình kiểm tra, phúc tra đã được lập phương án xử lý kịp thời. Thường xuyên kiểm tra tình trạng vận hành của máy biến áp để chuyển nấc phân áp các máy biến áp tiêu thụ cho điện áp nút nhằm nâng cao tuổi thọ cho các thiết bị điện, giảm nguy cơ sự cố MBA. Thường xuyên tổ chức kiểm tra phụ tải, tăng cường công tác cân đảo pha lưới điện hạ thế. Điện lực đã thành lập tiểu ban giảm suất sự cố tăng độ tin cậy cung cấp điện và phân công nhiệm vụ cụ thể cho các cá nhân trong tiểu ban theo tinh thần chỉ đạo của EVNNPC và Công ty điện lực tỉnh Nam Định. Hàng tháng các cán bộ được phân công theo dõi các đơn vị tổng hợp sự cố và nguyên nhân sự cố báo cáo phòng Kỹ thuật tìm các biện pháp khắc phục chống duy trì sự cố kéo dài.
4.2. Sơ đồ lưới phân phối được phân tích độ tin cậy 4.2.1. Sơ đồ lưới điện
Do thời gian và điều kiện hạn chế nên trong luận văn chỉ phân tích độ tin cậy của đường dây trung áp: Đường dây 475E38 trạm biến áp 110kV Lạc Quần.
Sơ đồ cần tính toán
4.2.2. Nội dung nghiên cứu
Phân tích độ tin cậy của các đường dây
Trong phân tích này, không tính đến các dao cách ly đã có sẵn, Kết quả phân tích là điện năng mất, số lần mất điện trung bình trong năm. Tính toán thực hiện cho từng đường dây.
Phân tích độ tin cậy của các đường dây có dao cách ly phân đoạn. Khi có dao cách ly phân đoạn thì độ tin cậy sẽ cao lên, điện năng mất sẽ giảm đi. Số lượng dao cách ly càng nhiều thì điện năng sẽ càng nhỏ, tuy nhiên đây không phải là quan hệ tuyến tính. Khi chọn số dao cách ly định đặt, sẽ thay đổi nhiều vị trí lựa chọn đặt dao phân đoạn hiệu quả nhất.
76
Phần mềm được ứng dụng tính toán độ tin cậy của lưới phân phối, từ kết quả tính toán biết được tổng điện năng mất do ngừng điện công tác và ngừng điện để giải quyết sự cố.
Từ đó đưa ra các biện pháp giảm xác suất xảy ra sự cố và những thiệt hại về kinh tế đối với các hộ tiêu thụ.
Để nhập số liệu đầy đủ và đúng, trước khi ghi số liệu vào file số liệu cần kiểm tra số liệu và tham khao cách nhập số liệu.
Giao diện chính của chương trình: 4.3. Số liệu để nhập vào từ bàn phím
Để nhập số liệu, lưới điện được đánh số nút và nhánh theo cách sau. Đánh số nút từ 1 đến N, nút nguồn đánh số 0. Nhánh có 2 nút: nút đầu về phía nguồn, nút cuối về phía tải. Số nhánh trung với số nút cuối của thánh. Các thông số cần cho khác là thông số chỉ thiết bị phân đoạn k và m.
k: Mã thiết bị đóng cắt; k = 0 nếu là máy cắt, k = 1 dao cách ly hoặc không có. M: Mã thiết bị phân đoạn; m = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt, m = 1 nếu có thiết bị đóng cắt.
Tiếp theo là thông số về độ tin cậy của lưới điện và phụ tải điện: Độ dài các đoạn lưới điện đơn vị tính là km theo sơ đồ.
Tc: Thời gian sửa chữa sự cố, trong luận văn lấy là 12h.
Ttt: Thời gian thao tác thiết bị phân đoạn, tách đoạn lưới sự cố, phục hồi đoạn lưới tốt. Nếu đoạn lưới nào có dao cách ly phân đoạn mới có thông số này.
Cường độ hỏng hóc 0 = 10 (1/100km.n)
Pmax (kW): Công suất phụ tải nhánh (nếu không có thì cho số 0). Lấy theo số liệu trên sơ đồ hoặc phụ lục 1.
T max (h): Thời gian tổn thất công suất lớn nhất. Thông số này phụ thuộc vào phụ tải: Nếu phụ tải mang tính công nghiệp thì T max lớn, nếu phụ tải mang tính nông nghiệp thì T max nhỏ. Phụ tải có công suất từ 750kW trở lên thì Tmax = 4500h, phụ tải có công suất từ 500 kW đến 700kW thì T max = 3500h, phụ tải có công suất từ 500 kW trở xuống thì Tmax = 2500h.
77
4.4. Phân tích độ tin cậy của đường dây 475 trạm 110kV Lạc Quần (E38) khi chưa có thiết bị phân đoạn.
Tính toán ngừng điện sự cố.
Từ sơ đồ lưới phân phối đường dây 475E38 sử dụng phần mềm tính toán ta có các giao diện để tính độ tin cậy như sau:
Giao diện nhập số liệu từ bàn phím. Giao điện tính độ tin cậy.
Sau khi sử dụng phần mềm tính toán ta được kết quả tính độ tin cậy của đường dây 475E38 khi chưa có thiết bị phân đoạn như sau:
Số nút ban đầu: 31 Số nút sau khi đẳng trị: 1
Tổng điện năng mất : 4.194 (kWh)
Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải: 3,56 (h) Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải: 1,19 (1/năm)
Bảng 4.1. Số liệu đường dây 475E38 sau khi đẳng trị như sau:
Nhánh Nút đầu Nút cuối So pt L (km) k M 0 (1/100 km.n) Lam Da (1/n) Tc (h) Ttt (h) Pmax (kW) Tmax (h) 1 0 1 31 9.9 0 1 12.0 1.19 3.0 0.5 2522 4088
Bảng 4.2. Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh:
Nhánh Thời gian mất điện
(h) Điện năng mất điện (kWh) Số lần mất điện (1/năm) 1 3,6 4194 1,2
4.5. Nâng cao độ tin cậy của đường dây bằng thiết bị cầu dao phân đoạn.
4.5.1. Phương pháp chọn vị trí đặt dao cách ly.
Máy cắt điện và dao cách ly đều là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện cao áp. Vì dòng điện của cả tuyến đường dây rất lớn khi đóng cắt sẽ gây ra hồ quang điện nên
78
người ta thường dùng máy cắt điện có lắp rơle tự động đặt ở đầu đường dây để thao tác đóng cắt, nhưng máy cắt điện lại có giá thành kinh tế tương đối lớn nên ở các nhánh rẽ trong đường dây người ta không dùng máy cắt mà dùng dao cách ly để đóng cắt thuận tiện cho việc sửa chữa, cô lập điểm sự cố, làm bộ phận liên lạc giữa thanh cái với nhau và có giá thành kinh tế thấp hơn so với với máy cắt điện.
Đặt dao cách ly trên nhánh của đường dây, thay đổi vị trí đặt dao cách ly trên từng nhánh, tính điện năng mất khi nào điện năng mất nhỏ nhất thì dừng tính đó là vị trí tốt nhất để đặt dao cách ly và lấy kết quả tính này.
Nâng cao độ tin cậy của các đường dây bằng thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly, dao cách ly có thể điều khiển từ xa.
4.5.2. Tính độ tin cậy của đường dây 475E38 khi dùng thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly.
4.5.2.1 Tính độ tin cậy của đường dây hiện tại đang có các dao cách ly trên sơ đồ. - Số dao cách ly hiện có trên sơ đồ là 2 dao cách ly, đặt trên nhánh: 17;24
- Tính toán ngừng điện do sự cố.
- Sau khi sử dụng phần mềm tính toán ta được kết quả tính độ tin cậy của đường dây 475E38 khi dùng 2 dao cách ly như sau :
+ Số nút ban đầu : 31 + Số nút sau khi đẳng trị : 5
+ Tổng điện năng mất : 2947 (kWh)
+ Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải : 12 (h) + Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải : 5,9 (1/năm) Bảng 4.3 : Số liệu đường dây 475E38 sau khi đẳng trị như sau :