1.3.1. Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối điện
Các chỉ tiêu độ tin cậy lƣới điện phân phối đƣợc đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ bản, đó là cƣờng độ mất điện trung bình (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình T của phụ tải.
Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn. Mặc dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhƣng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện độ tin cậy của hệ thống. Chẳng hạn các chỉ tiêu trên đƣợc đánh giá không thể hiện đƣợc tƣơng ứng với 1 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại điểm đánh giá là 10kW hay 10MW. Để đánh giá đƣợc một cách toàn diện về sự mất điện của hệ thống, ngƣời ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau:
21
1.Tần suất (số lần) mất điện trung bình của hệ thống:
Bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải SAIFI (system average frequency index). SAIFI i i i N N vu phuc duoc hang khach so Tong hang khach cua dien mat lan so Tong (Số lần/phụ tải.năm)
Trong đó: iNi : Tổng số lần mất điện của khách hàng Ni: Tổng số khách hàng đƣợc phục vụ
Ở đây i là cƣờng độ mất điện và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i. Chỉ tiêu này xác định số lần mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm.
2. Tần suất mất điện trung bình của khách hàng: CAIFI (Customer average interruption frequency index):
CAIFI = huong anh bi hang khach so Tong hang khach cua dien mat lan so Tong
Chỉ tiêu này xác định số lần mất điện đối với khách hàng bị ảnh hƣởng.
3.Thời gian trung bình mất điện của hệ thống: SAIDI (system average duration index) bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải. Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của hệ thống trong một năm.
SAIDI = i i i N N T ( giờ / phụ tải.năm ) Trong đó: Ti : Thời gian mất điện trung bình hàng năm.
Ni : Số khách hàng của nút phụ tải thứ i.
TiNi : Tổng số thời gian mất điện của khách hàng.
4. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng: CAIDI (Customer average interruption duration index):
CAIDI = i i i i N N T hang khach cua dien mat lan so Tong hang khach cua dien mat gian thoi so Tong Trong đó:i : Là cƣờng độ mất điện
Ti : Là thời gian mất điện trung bình hàng năm Ni : Là số khách hàng của nút phụ tải thứ i.
Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm cho một lần mất điện.
22
5. Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) (Average service availability (unavailability) index):
Với: Ni*8760TiNi : Số giờ khách hàng đƣợc cung cấp điện Ni*8760: Số giờ khách hàng cần cung cấp điện.
Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ thống.
6. Năng lượng không được cung cấp, ENS (Energy not supplied index):
ENS = Tổng số điện năng không đƣợc cung cấp bởi hệ thống = Pi Ti
Ở đây Pi là tải trung bình đƣợc nối vào nút tải thứ i. Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất đối với hệ thống trong một năm.
7. Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS hay mất điện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index):
Với PiTi : Tổng điện năng không cung cấp đƣợc. Ni : Tổng số khách hàng đƣợc phục vụ.
Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng trong một năm.
23
8. Chỉ số mất điện khách hàng trung bình, ACCI (Average customer curtailment index):
Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng bị ảnh hƣởng trong một năm.
1.3.2. Áp dụng các chỉ tiêu trong thực tế.
Hình dƣới đây cho thấy mức độ áp dụng các chỉ tiêu trên trong thực tế.
Hình 1.12: Các chỉ tiêu trong thực tế
Có 4 chỉ tiêu đƣợc dùng nhiều nhất : SAIDI – SAIFI – CAIDI - ASAI.
Các chỉ tiêu độ tin cậy trên đƣợc tiêu chuẩn hóa khi áp dụng cho quy hoạch lƣới phân phối điện, ví dụ:
a.) ASAI ≥ 9998, SAIFI < 1, CAIDI < 2h
b.) ASAI ≥ 99975 cho thành phố, ASAI ≥ 99973 cho nông thôn,CAIDI < 270 phút, SAIDI < 187 phút.
c.) SAIFI = 0,75 cho nhà ở; 0,6 cho thƣơng mại, SAIDI = 65 phút cho nhà ở, 45 phút cho thƣơng mại, SAIDI = 1, SAIFI = 80 phút cho các cửa hàng lớn.
24
Các hệ thống điện khác nhau có các chỉ tiêu độ tin cậy khác nhau căn cứ vào tình hình địa phƣơng, trên cơ sở phân tích kinh tế cụ thể.
1.3.3 Nguyên nhân gây ra sự cố lưới phân phối
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:
- Do các nguyên nhân chƣa biết hoặc chƣa rõ ràng: Sự gián đoạn của khách hàng là do không có nguyên nhân rõ ràng đã góp phần vào việc cắt điện.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 hỏng ở đèn điện.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
1.3.4. Các số liệu 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 và kỹ thuật giảm thiểu đa dạng nhƣ các loài động vật tham gia, 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…
25
- Sóc
Sóc là một mối quan tâm đáng tin cậy cho tất cả các hệ thống phân phối trên không gần rừng khu vực. Sóc sẽ không leo lên cột điện mà chúng sẽ nhảy vào từ những cây cối gần đó và nguyên nhân gây ra lỗi bằng cách chuyển tiếp các thiết bị căn cứ với giai đoạn dây dẫn. Trong số hơn 365 loài trên khắp thế giới độ tin cậy mối quan tâm chủ yếu là với nhũng con sóc màu xám và màu đỏ. Dƣới đây là một số hình ảnh lỗi do sóc.
- Chim
Chim là nguyên nhân phổ biến nhất của các đứt gãy động vật 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 mưa bão gây nên
Trong mùa mƣa bão năm 2004 và 2005 các cơn bão đã đổ bộ và gây ra thiệt hại lan rộng hệ thống phân phối, cơn bão đã trở thành một chủ đề quan trọng đối với độ tin cậy phân phối điện. Dƣới đây là hình ảnh của hệ thống phân phối bị thiệt hại gây ra bởi cơn bão. 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.
26
H 1.15: Trạm biến áp bị hư hỏng H 1.16: Cột bê tông bị phá vỡ trong cơn bão
1.3.5 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối 1.3.5.1 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 và 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.
- Mặt khác 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.
27
- 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.
- Trình độ đội ngũ cán bộ, công nhân làm công tác vận hành và sửa chữa sự cố: Thời gian tìm và xử lý sự 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 tiết: 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 ở vùng núi, vùng có mật độ sét cao.
- Môi trƣờng: Môi trƣờng ô nhiễm hoặc những 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.
1.3.5.2 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.
Hình 1.17: Nguyên nhân sự cố cáp ngầm
Hình 1.18: Nguyên nhân sự cố đường dây trên không
28
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.
1.3.5.3 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới 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.
1. Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện a. 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 cậy vì khi khả năng tải cao hơn thì nguy cơ vi phạm khả năng tải trong vận hành dẫn đến cắt điện cũng thấp hơn.
Tái cấu trúc bao gồm các loại công việc sau: - 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 nhƣ tự 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 (ĐG) .
29
b. 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