I. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy. Các yếu tố bên trong.
Sơ đồ kết dây lưới phân phối: Có ý nghĩa rất lớn đối với độ tin cậy của lưới vì nó ảnh hưởng đến khả năng dự phòng khi sự cố hoặc bảo dưỡng đường dây, khả năng thay đổi linh hoạt sơ đồ kết dây. Một sơ đồ lưới phân phối hợp lý và có khả
32
năng kết nối linh hoạt có thể giảm cường độ hỏng hóc và giảm thời gian mất điện cho phụ tải.
Chất lượng thiết bị phân phối: Ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏng hóc của lưới phân phối. Các thiết bị đóng cắt như máy cắt điện, dao cách ly…trước đây có cường độ hỏng hóc và thời gian bảo dưỡng lớn. Ngày nay với công nghệ hiện đại các thiết bị đóng cắt có độ bền cao, cường độ hỏng hóc nhỏ làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới 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 lưới mất nhiều thời gian do phải đi thao tác tại chỗ đặt thiết bị. Hiện nay áp dụng các thiết bị đo lường, điều khiển từ xa và với sự trợ giúp của máy tính các chế độ vận hành được tính toán tối ưu giúp cho việc điều khiển lưới điện nhanh chóng và hiệu quả, do đó độ tin cậy của lưới phân phối có thể tăng lên rất nhiều.
Mặt khác các thiết bị tự động như tự động đóng lại ( TĐL ), tự động đóng nguồn dự phòng ( TĐN )… có thể loại trừ ảnh hưởng của các sự cố thoáng qua hoặc kịp thời cấp nguồn dự phòng, do đó giảm cường độ hỏng hóc của lưới điện.
- Kết cấu đường dây và trạm biến áp: Thời gian sửa chữa bảo dưỡng đường 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 lưới phân phối. Để giảm thời gian sửa chữa phục hồi cần có phương 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 thường như mưa, sét ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn vận hành đường dây và trạm biến áp: mất điện đường dây, hư hỏng cách điện
33
đường dây, hư hỏng trạm biến áp…Hàng năm số lần mất điện do sét đánh ở lưới phân phối rất nhiều, nhất là ở vùng núi, vùng có mật độ sét cao.
- Môi trường: Môi trường ô nhiễm hoặc những vùng ven biển cũng ảnh hưởng đến độ bền cách điện của các thiết bị phân phối, đường dây và trạm biến áp, do đó có thể làm tăng cường độ hỏng hóc của lưới phân phối.
II- Phân tích độ tin cậy của lưới cáp ngầm và lưới điện trên không.
Sự khác biệt giữa lưới cáp ngầm và đường dây trên không
- Đường dây trên không chịu tác động của môi trường là chính.
- Cáp hỏng do hỏng cách điện là chính.
34
Hình 1.19: Nguyên nhân sự cố đường dây trên không
Ta thấy nguyên nhân sự cố 2 loại đường dây khác nhau nhiều.
Vật liệu già hóa là nguyên nhân cao nhất gây sự cố cáp. Hư 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 hưởng đến hỏng cáp cần lưu 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 đường 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 hưởng là vị trí địa lý, nhiệt độ trung bình và lượng mưa hàng năm.
III- 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 được mức tin cậy hợp lý của lưới 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 lưới phân phối điện thể hiện ở giới hạn điện áp các nút tải, giới hạn tải theo nhiệt độ ở đường dây và máy biến áp .
35
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 đường dây mới.
- Thay đổi sơ đồ lưới điện, đặt thêm thiết bị phân đoạn, thiết bị tự động như 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) .
b. Khôi phục phục vụ (service restoration) nhanh.
Hệ thống khôi phục phục vụ bao gồm các thiết bị thực hiện đặt trên lưới điện như: 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 phương 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 chủquan dựa vào kinh nghiệm của kiểm tra viên.
Đối với lưới điện nhiều cáp ngầm phương pháp khách quan hiệu quả hơn.
Một nửa số hư hỏng cáp là do già hóa. Dùng phương pháp chẩn đoán có thể thấy trước nguy cơ sự cố và khắc phục trước khi xảy ra sự cố. Tuy nhiên không thể dùng phương pháp này để chẩn đoán các sự cố do yếu tố khách quan như sét đánh, quá tải…đối với đường dây trên không.
36
Đối với đường dây trên không phương pháp kiểm tra có hiệu quả vì các sự cố có tính ngẫu nhiên, do hoàn cảnh xung quanh đường 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 được vì cáp nằm ngầm dưới đất.
Tổn thất sự cố tăng khi thời gian khắc phục tăng.
Cáp ngầm tin cậy hơn nhưng thời gian sự cố lâu hơn so với đường dây trên không. Do đó các chủ đường dây thường chú ý đến biện pháp chẩn đoán để hạn chế sự cố cáp, dù chi phí chẩn đoán cao.
* Phương pháp kiểm tra.
Giám định hình ảnh: Dùng mắt thường quan sát đường dây từ mặt đất hay trực thăng từ trên không, quan sát cây cối, sinh vật…xem có nguy cơ xâm hại đường 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 nghiệt độ các chỗ nối…
Kết quả giám định được so với điều kiện giới hạn, nếu quá giới hạn thì sử lý, ví dụ ngọn cây gần đường dây hơn giới hạn cho phép thì phải chặt đi.
Phương pháp kiểm tra có thể áp dụng trong vận hành đối với đường dây trên không. Đối với cáp phương pháp này áp dụng khi cáp bị sự cố, quan sát chỗ cáp hỏng để tăng thêm hiểu biết về sự hỏng của cáp.
* Phương pháp chẩn đoán.
Chẩn đoán ở cáp ngầm có 2 loại: on line(nóng) và of line(lạnh).
Chẩn đoán lạnh: Là chẩn đoán khi cáp tách khỏi vận hành. cáp được nạp bằng nguồn điện nhân tạo. Dùng phương pháp quang phổ để phân tích tan δ, hay là đo tổn thất và điện dung của cáp rồi so với giá trị tương ứng của cáp mới.
Chẩn đoán nóng: Đắt tiền nhưng cho phép phát hiện cây nước ở giai đoạn sớm( cây nước là giai đoạn đầu của cây điện gây phóng điện ở cáp). Ở đây dùng phương pháp phản xạ, phát xung vào cáp rồi đo phản xạ cho phép tìm ra cây nước
37
Còn phương 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. 2. Dự trữ thiết bị hợp lý.
Gồm các thiết bị: máy biến áp và trạm biến áp tự hành, thiết bị thay thế khác.
- 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 thường chỉ có 1 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 dưỡng một trạm phân phối thường kéo dài nhiều giờ người ta đưa máy tự hành đến cấp điện thay thế, thời gian thay thế chừng nửa giờ. Để có thể dùng được trạm tự hành, trạm phân phối phải được thiết kế tương 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 tư: Thiết bị thay thế khác như máy cắt, dao cách ly, sứ cách điện, cáp, cột… cần được dự trữ để sử dụng khi cần.
3. Giải pháp hoàn thiện hệ thống quản lý.
Trình độ và kinh nghiệm của nhân viên vận hành rất ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới phân phối điện . Nếu trình độ tốt và có kinh nghiệm họ có thể sử lý sự cố rất nhanh.
4. Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao.
Độ tin cậy của lưới phân phối điện phụ thuộc chủ yếu vào độ tin cậy của các phần tử như: đường dây, máy biến áp, máy cắt điện, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hoá… Muốn nâng cao độ tin cậy của lưới điện cần sử dụng các phần tử có độ tin cậy cao.
Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu mới, đã có nhiều vật liệu và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao.
38
Về vật liệu điện có thể kể như: Vật liệu cách điện có cường độ cách điện cao như các loại giấy cách điện, sứ cách điện bằng silicon, …
Về thiết bị điện có thể kể một số loại như: máy cắt điện chân không, máy cắt khí SF6 … có thể đóng cắt 10 000 lần không phải sửa chữa.
Các thiết bị bảo vệ và tự động hoá 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 trước 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 tư cho lưới điện. Vì vậy, ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kịnh tế của hệ thống, nên việc sử dụng nó tuỳ vào điều kiện cụ thể. Đối với những hộ phụ tải không được phép mất điện thì đầu tư 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 tư.
Trên thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, có độ tin cậy thấp dần đang được thay thế bằng những thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện ngày càng được nâng cao rõ rệt. 5. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa.
Các thiết bị tự động thường dùng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối: tự động đóng lại đường dây (TĐL), tự động đóng nguồn dự phòng (TĐN), hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA)
Hầu hết các sự cố trên đường dây tải điện trên không là sự cố thoáng qua, theo thống kê chiếm khoảng (70-80)% tổng số lần sự cố trên đường dây. Nguyên nhân chủ yếu là do sét đánh vào đường dây, cây đổ gần đường dây chạm vào đường dây, vật lạ rơi vào đường dây,…các sự cố này thường tự giải trừ sau một hoặc hai lần phóng điện. Nếu bố trí thiết bị tự động đóng lại đường dây tỷ lệ đóng lại thành công sẽ rất cao, do thời gian tự động đóng lại đường dây rất ngắn nên phụ tải không bị ảnh hưởng do mất điện.
Đối với lưới điện có dự phòng hoặc 2 nguồn cung cấp điện, việc sử dụng tự động đóng lại đường dây sẽ rất hiệu quả. Khi một nguồn mất điện, nguồn kia sẽ tự
39
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 hưởng đếnphụ tải.
Một số sơ đồ tự động đóng nguồn dự phòng:
Hình 1.18: Sơ đồ tự động đóng nguồn dự phòng
Hình 1.18a khi mất điện nguồn N1 các máy cắt MC1, MC2 cắt ra, MC5 tự động đóng lại cấp điện cho phụ tải phân đoạn 1 ( PĐ1 ). Một trong hai máy biến áp phải đủ công suất cấp điện cho cả 2 phân đoạn, nếu không đủ công suất phải áp dụng biện pháp giảm tải.
Hình 1.18b khi mất điện từ lưới qua máy biến áp, máy cắt MC1, MC2 được cắt ra, MC3 tự động đóng vào và cấp điện cho 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 được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa. Sử dụng hệ thống SCADA trong điều hành lưới phân phối sẽ cho phép nhanh chóng tách đoạn lưới bị sự cố và khôi phục cấp điện cho phân đoạn không bị sự cố, nhờ đó độ tin cậy được nâng cao.
40
6. Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây.
Lưới phân phối hiện nay thường là lưới phân phối hình tia có phân nhánh, độ tin cậy cung cấp điện thấp. Để tăng độ tin cậy của lưới 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 đường dây kép:
Hai đường dây cung cấp điện cho phụ tải, bình thường hai đường dây có thể vận hành song song hoặc độc lập. Khi sự cố một đường dây, đường dây còn lại cấp điện cho toàn bộ phụ tải. Như vậy khả năng tải của mỗi đường dây phải đảm bảo được toàn bộ phụ tải khi một đường dây bị sự cố.
Sơ đồ này cho độ tin cậy cao nhưng phải chi phí đầu tư khá lớn, chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng không được phép mất điện.
- Sơ đồ kín vận hành hở:
Lưới phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới 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 được cấp