3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống
3.3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho l−ới phân phối
phối
Các giải pháp nâng cao độ tin cậy LPP, có thể đ−ợc chia làm 2 nhóm chính:
- Nâng cao độ tin cậy của trạm biến áp phân phối. - Nâng cao độ tin cậy của l−ới phân phối.
3.3.1. Nâng cao độ tin cậy của trạm biến áp phân phối.
Hiện nay, trên thế giới, mức độ tự động hóa trong trạm biến áp đi phát triển rất cao. Tuy nhiên, ở Việt Nam mới chỉ đ−ợc áp dụng rất hạn chế trong một số trạm biến áp 220kV lớn.
Việc tự động hóa trong giám sát, điều khiển, bảo vệ cho trạm biến áp giúp tăng c−ờng rất nhiều độ tin cậy cung cấp điện của l−ới. Với một hệ thống l−ới phân phối có mức độ tự động hóa cao, chỉ cần một số ít nhân viên vận hành tại các trung tâm điều khiển. Từ đây, có thể giám sát, điều khiển toàn bộ mọi họat động của l−ới. Những ng−ời làm công tác điều độ, quản lý kỹ thuật có thể tiếp cận các thông số vận hành, các bản ghi sự cố qua mạng Internet hoặc mạng thông tin nội bộ. Công tác thay đổi ph−ơng thức vận hành của l−ới cũng đ−ợc rơle nhận biết và tự động thay đổi ph−ơng thức bảo vệ cho phù hợp. Khi tất cả các điều này đ−ợc thực hiện, độ tin cậy của phần trạm biến áp sẽ đ−ợc hoàn thiện.
ở Việt Nam, b−ớc đầu thực hiện sẽ gặp không ít khó khăn, do sự lộn xộn của thiết bị đ−ợc sử dụng trên l−ới. Việc này sẽ không thể giải quyết trong ngày một ngày hai, mà sẽ phải cần thời gian t−ơng đối dài. Năm 2002, có một dấu hiệu tích cực trong công tác tự động hóa trạm biến áp là ba nhà cung cấp thiết bị thứ cấp lớn tại thị tr−ờng Việt Nam đi ngồi hợp tác với nhau, cùng thống nhất một chuẩn thông tin cho các thiết bị sắp tới. Việc
này sẽ giúp cho công việc tự động hóa trạm biến áp trong t−ơng lai trôi chảy hơn.
3.3.2. Nâng cao độ tin cậy cho phần l−ới phân phối.
Về phần l−ới phân phối, để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chỉ có hai vấn đề là sơ đồ cấp điện và phụ tải. Sơ đồ cấp điện, nh− đi trình bày trong mục 1.4, các dạng sơ đồ cấp điện cho l−ới phân phối với mức độ tin cậy và kinh tế khác nhau. Ng−ời thiết kế phải nắm đ−ợc lý thuyết về độ tin cậy, từ đó sẽ đ−a ra thực tế sơ đồ cấp điện, số l−ợng và loại thiết bị phân đoạn sao cho phù hợp.
Về phần phụ tải, mỗi phụ tải khách hàng có đặc điểm, họat động, sản xuất khác nhau nên mức độ thiệt hại do mất điện cũng rất khác nhau. Do vậy mà yêu cầu mức độ tin cậy cung cấp điện, ở đây là độ liên tục cấp điện rất khác nhau. Ngoài những đặc điểm riêng của từng khách hàng, các đặc điểm chung có ảnh h−ởng tới mức độ thiệt hại gồm có: thời gian mất điện, thời điểm mất điện, l−ợng công suất mất, mất điện có kế hoạch hay mất điện đột xuất…
Để giải quyết vấn đề độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải khách hàng, tr−ớc tiên cần thực hiện các b−ớc sau:
1. Phân loại các hộ phụ tải theo mức độ tin cậy cung cấp điện trên cơ sở đó thiết kế l−ới điện
Theo cách phân loại phụ tải của Liên Xô cũ thì các phụ tải đ−ợc phân loại thành các hộ loại 1, loại 2 và loại 3. Đối với loại 1 cần phải cung cấp điện bằng 2 đ−ờng dây song song hoặc khép vòng, đối với hộ loại 3 thì chỉ cần 1 đ−ờng dây còn đối với hộ loại 2 thì phải so sánh cân nhắc xem nên dùng 2 đ−ờng dây hay 1 đ−ờng dây. Cách này phù hợp với nền kinh tế kế hoạch hóa một chủ thể. Chi phí cho điện, cho xí nghiệp, doanh nghiệp đều
do nhà n−ớc quản lý. Do đó nhà n−ớc phải đảm bảo lợi ích của nhà n−ớc là tối đa.
Hàm mục tiêu ở đây là:
F= chi phí cho xây dựng và vận hành l−ới điện + tổn thất do mất điện ở xí nghiệp →→→→ min
F = Fxd + Fmất điện→ min
Nh− vậy nếu tổn thất do mất điện lớn thì phải tăng chi phí cho l−ới điện để F nhỏ, ng−ợc lại tổn thất nhỏ thì cần phải giảm chi phí phí cho l−ới điện.
Ph−ơng pháp này khi sử dụng cũng có nhiều rắc rối song là phù hợp nhất với nền kinh tế kế hoạch hóa. Đối với nền kinh tế thị tr−ờng cách này không phù hợp vì điện và doanh nghiệp do các chủ thể khác nhau quản lý.
Để có thể phân loại một cách hợp lý nhất, cần một sự điều tra t−ơng đối chính xác và có tính toàn diện các thiệt hại mất điện của các loại phụ tải khác nhau. Tùy mức độ công nghiệp hóa của nền sản xuất quốc dân mà việc phân loại cũng khác nhau, vì th−ờng thiệt hại do mất điện ở lĩnh vực công nghiệp là lớn nhất, một đất n−ớc có nền công nghiệp càng phát triển thì thiệt hại do mất điện càng lớn.
2. Lập chi phí do mất điện, đ−a vào quy hoạch chỉ tiêu chi phí do mất điện
Theo cách này, khi quy hoạch phát triển hệ thống điện ng−ời ta sử dụng giá tiền tổn thất kinh tế do mất điện (giá mất điện). Đây là giá trung bình cho 1kWh điện năng không đựơc cung cấp cho khách hàng. Giá này tính theo giá mất điện thực của phụ tải và khả năng của hệ thống điện.
Giá tiền mất điện này đ−ợc tính cho các cấp l−ới điện khác nhau hoặc là cho các loại phụ tải khác nhau.
Ví dụ hệ thống điện Pháp EDF chỉ phân loại phụ tải theo cấp điện áp, cấp l−ới điện phân phối và cấp l−ới truyền tải, mỗi cấp lấy một giá trị khác nhau. Còn ở Canada hoặc Australia thì ở cấp l−ới phân phối phụ tải đ−ợc chia theo loại: phụ tải sinh họat, phụ tải sản xuất loại nhạy cảm, loại th−ờng (Australia) hoặc phụ tải sinh họat, phụ tải th−ơng mại, phụ tải công nghiệp, phụ tải lớn, phụ tải nông nghiệp (Canada).
Giá này đ−ợc đ−a vào hàm mục tiêu khi thiết kế l−ới điện. Ph−ơng án l−ới điện tối −u theo hàm mục tiêu này sẽ đáp ứng đ−ợc yêu cầu của phần lớn khách hàng và chấp nhận đ−ợc đối với bản thân hệ thống.
Ví dụ: Nếu dùng hàm mục tiêu này để thiết kế l−ới điện phân phối điện thì l−ới điện sẽ có cấu trúc kín vận hành hở chứ không phải cấu trúc hình tia. Nếu không tính đến độ tin cậy thì cấu trúc hình tia là rẻ nhất nh−ng độ tin cậy là thấp nhất. Giá mất điện càng cao thì cấu trúc l−ới điện càng phức tạp và phải áp dụng tự động hóa cao.
Có thể có nhiều loại giá mất điện cho các loại phụ tải khác nhau. Nh− vậy l−ới điện cung cấp cho các loại phụ tải khác nhau đ−ợc thiết kế khác nhau. Kinh tế càng phát triển thì dẫn đến các phụ tải cùng loại th−ờng tập trung đông ở một khu vực nhất định và đ−ợc cung cấp điện bằng l−ới điện riêng.
Tóm lại, mối quan tâm hiện nay về độ tin cậy l−ới phân phối bắt nguồn từ thực tế và các câu hỏi sau th−ờng xuyên đ−ợc đặt ra:
- Đánh giá độ tin cậy l−ới phân phối hiện tại nh− thế nào, cao hay thấp hơn thiết kế.
- Nếu áp dụng giải pháp X nào đó thì độ tin cậy tăng thêm đ−ợc là
bao nhiêu.
- Giữa độ tin cậy với chi phí, với giá thành điện năng có quan hệ nh− thế nào, khi nào thì cần tăng c−ờng về độ tin cậy.
3.4. Các giải pháp tăng c−ờng độ tin cậy ở l−ới phân phối điện Việt Nam phối điện Việt Nam
Độ tin cậy cung cấp điện ở Việt Nam hiện nay còn rất thấp, do các nguyên nhân chính:
- Nguồn điện ch−a đủ đáp ứng yêu cầu phụ tải.
- L−ới điện không đ−ợc hoàn chỉnh, từ l−ới điện truyền tải 220-500kV đến phân phối.
Để nâng cao dần độ tin cậy của hệ thống điện cần thực hiện các biện pháp đồng bộ theo một trình tự nhất định: Làm sao cho mức tin cậy đáp ứng đ−ợc yêu cầu phụ tải với chi phí nhỏ nhất có thể.
Để làm đ−ợc việc này cần phải tiến hành nghiên cứu cẩn thận hiện trạng về độ tin cậy của hệ thống điện, rút ra các thông số tin cậy đặc tr−ng của từng loại phần tử. Đồng thời nghiên cứu tìm giải pháp hợp lý nâng cao độ tin cậy, lập lộ trình thực hiện và đánh giá các chi phí liên quan. Khi lựa chọn giải pháp ng−ời ta th−ờng dễ quên tính chi phí thực hiện. Chi phí này nhiều khi lớn đến mức làm cho giải pháp đ−ợc lựa chọn trở thành không hiệu quả.
Các ph−ơng pháp giải tích độ tin cậy hợp lý rất cần thiết để giải quyết vấn đề này.
Điều quan trọng đầu tiên là xác định đ−ợc mức độ tin cậy đáp ứng đ−ợc yêu cầu của phần lớn phụ tải và cũng phù hợp với khả năng kinh tế của hệ thống điện.
Ph−ơng pháp chia phụ tải ra làm 3 loại hộ 1,2 và 3 nh− của Liên Xô cũ là không thể áp dụng trong cơ chế thị tr−ờng. Các doanh nghiệp dù là của nhà n−ớc cũng họat động độc lập, theo đuổi lợi nhuận riêng của mình. Không thể yêu cầu họ chấp nhận chi phí do mất điện để giảm bớt đầu t− cho ngành điện đ−ợc. Các phụ tải đều phải đ−ợc đảm bảo độ tin cậy nh− nhau nếu họ trả cùng một giá điện. Vấn đề này có thể khắc phục bằng cách định giá bán điện khác nhau cho các loại hộ t−ơng ứng với độ tin cậy và chất l−ợng của nguồn điện cung cấp.
Ph−ơng pháp phân chia phụ tải thành các loại với giá chi phí khác nhau hợp lý hơn, nh−ng vấn đề nan giải nhất là định ra giá mất điện hợp lý cho các loại phụ tải.
Nh− đi tổng kết ở phần 1.1.3 về hiện trạng độ tin cậy của l−ới phân phối điện Việt Nam hiện nay, mới chỉ đ−a ra các suất sự cố trên đ−ờng dây và trạm biến áp. Trong quy hoạch, thiết kế l−ới điện, độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng ch−a đ−ợc xét một cách đầy đủ, cũng nh− ch−a có biện pháp cụ thể hay đề xuất một lộ trình cho việc tăng c−ờng độ tin cậy. Do còn hạn chế về các số l−ợng thống kê chính xác các lần mất điện của khách hàng, hậu quả mỗi lần mất điện và một số các số liệu khác nên ở đây đ−a ra một vài biện pháp nâng cao độ tin cậy l−ới phân phối.
Đối với l−ới phân phối hiện nay ở Việt Nam các giải pháp có thể áp dụng để tăng c−ờng độ tin cậy là:
Giảm c−ờng độ hỏng hóc λ0 của các thiết bị, các đ−ờng dây trung áp… nhờ sử dụng các thiết bị tốt hơn, tăng c−ờng duy tu bảo d−ỡng, thay thế đ−ờng dây, sử dụng cáp ngầm…
Phân đoạn đ−ờng dây bằng cách lắp đặt thêm các máy cắt, dao cách ly phân đoạn trên cơ sở tính toán việc phân bố tối −u các thiết bị này.
Tăng c−ờng lộ dự phòng cấp cho phụ tải nhờ sử dụng các sơ đồ l−ới điện kín vận hành hở, hay sử dụng mạch kép.
ứng dụng hệ thống đo l−ờng, điều khiển, giám sát tự động SCADA, sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) làm cho việc phát hiện sự cố và thời gian công tác đóng cắt đ−ợc nhanh hơn.
Xây dựng hệ thống thông tin khách hàng . Xây dựng hệ thống quản lý sự cố mất điện.
Trong các ph−ơng pháp trên, ph−ơng pháp phân đoạn đ−ờng dây bằng cách lắp thêm các máy cắt, dao cách ly các thiết bị phân đoạn tự động có thể coi là một ph−ơng pháp có tính khả thi cao đối với hiện trạng LPP đa phần là hình tia của n−ớc ta.
4. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng
giải pháp phân đoạn l−ới điện phân phối
trung áp
4.1. Hiện trạng rơle bảo vệ trong hệ thống phân phối trung áp của Việt Nam phối trung áp của Việt Nam
Trong l−ới điện phân phối trung áp Việt Nam, tuỳ theo chế độ nối đất của trung tính th−ờng sử dụng các bảo vệ sau:
4.1.1. Hệ thống rơle bảo vệ cho ngăn máy cắt trung áp trong l−ới trung tính nối đất trực tiếp tính nối đất trực tiếp
- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50/50N - Bảo vệ quá dòng có thời gian 51/51N - Bảo vệ quá dòng có h−ớng 67/67N - Bảo vệ chống sự cố máy cắt 50BF - Bảo vệ kém áp/Bảo vệ quá áp 27/59 - Rơle tự đóng lại 79.
- Rơle tần số 81
Nếu không có nguồn cấp ng−ợc thì không cần phần tử quá dòng có h−ớng, lúc này hệ thống bảo vệ chỉ có các chức năng 50/51, 50N/51N, 50BF, 81, 79, 50BF, 74.
4.1.2. Hệ thống rơle bảo vệ cho ngăn máy cắt trung áp trong l−ới trung tính cách ly hoặc qua trở kháng tính cách ly hoặc qua trở kháng
- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50. - Bảo vệ quá dòng có thời gian 51. - Bảo vệ quá dòng có h−ớng 67.
- Bảo vệ chạm đất có h−ớng độ nhạy cao 67Ns
- Bảo vệ chống sự cố máy cắt 50BF.
- Bảo vệ kém áp/Bảo vệ quá áp 27/59. - Rơle tự đóng lại 79.
- Rơle tần số 81.
Hiện nay các bảo vệ, khoảng cách, so lệch đ−ờng dây … ch−a đ−ợc sử dụng rộng rii trong l−ới điện phân phối trung áp của Việt Nam.
Phần lớn các trang bị bảo vệ rơle cho các TBA trung gian hiện nay là rơle điện từ do Nga sản xuất, rơle quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc, ở một số trạm đi đ−ợc thay thế bằng rơle kỹ thuật số.
Các xuất tuyến trung áp tại các TBA 110kV hoặc 220 kV đ−ợc trang bị các rơ le kỹ thuật số do các hing ABB, ALSTOM, SIEMENS, SEL sản xuất.
Các rơle này ngoài chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50, quá dòng có thời gian 51 và quá dòng chạm đất có thời gian 51N còn đ−ợc trang bị thêm chức năng tự động đóng lặp lại.
4.1.3. Hiện trạng về tự động hoá trong hệ thống phân phối trung áp Việt Nam Nam
Số liệu thống kê về các sự cố trên hệ thống điện cho thấy rằng đ−ờng dây trên không có sự cố thoáng qua chiếm tới 65 - 70%, trong đó đ−ờng dây có điện áp càng cao thì phần trăm xảy ra sự cố thoáng qua càng lớn. Sự cố thoáng qua là loại sự cố có thể đ−ợc loại trừ bằng tác động cắt tức thời máy cắt để cô lập sự cố và sự cố sẽ không xuất hiện trở lại khi đ−ờng dây đ−ợc đóng trở lại sau đó. Sét là nguyên nhân gây sự cố thoáng qua nhiều nhất, còn nhiều nguyên nhân khác th−ờng là do sự dao động không đồng bộ của dây dẫn gây ra phóng điện và do sự va chạm của các vật bên ngoài với đ−ờng dây.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới, các điều kiện khí hậu nh− bio, độ ẩm, nhiễm bẩn, sấm sét, cây cối, … đều tạo điều kiện cho sự cố thoáng qua dễ xảy ra. Do vậy, việc áp dụng thiết bị tự động đóng lại máy cắt (TĐL) trên hệ thống điện sẽ nâng cao độ tin cậy cho hệ thống.
Nh− trên đi đề cập, 30 - 35% sự cố còn lại là sự cố duy trì hay "bán duy trì". Một sự cố bán duy trì có thể xảy ra do một vật lạ vắt qua các pha đ−ờng dây gây phóng điện. ở đây sự cố sẽ không đ−ợc loại trừ sau lần cắt điện đầu tiên mà vật lạ chỉ có thể bị hoàn toàn thiêu huỷ trong một khoảng thời gian nào đó. Loại sự cố này th−ờng xảy ra trên đ−ờng dây trung áp (6 - 35kV) chạy qua vùng rừng núi.
Nh− vậy, trong phần lớn các sự cố, nếu đ−ờng dây h− hỏng đ−ợc cắt ra tức thời và thời gian mất điện đủ lớn để khử ion do hồ quang sinh ra thì việc đóng lại sẽ cho phép phục hồi thành công việc cung cấp điện cho đ−ờng dây.
Để thực hiện TĐL trong hệ thống phân phối điện, hiện nay có hai biện pháp đang đ−ợc sử dụng, đó là:
