2.6.1. Các chỉ tiêu độ tin cậy của lƣới 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 01 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 [17]:
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) (2.6) 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 (2.7)
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) (2.8) 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 (2.9) Trong đó: λi : 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.
5. Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) (Average
service availability (unavailability) index): Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ thống.
ASAI = 8760 * Ni Ni Ti - 8760 * Ni gcapdien hangcancun Sôgiokhach ngcapdien hangduoccu Sôgiokhach (2.10) 8760 * ASAI 1 ASUI i i i N N T
Với: Ni*8760TiNi: Số giờ khách hàng đƣợc cung cấp điện Ni*8760: Số giờ khách hàng cần cung cấp điện.
6. Năng lƣợng không đƣợc cung cấp, ENS (Energy not supplied index): ENS = Tổng số điện năng không đƣợc cung cấp bởi hệ thống
= Pi . Ti (2.11)
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 đƣợc cung cấp, AENS hay mất điện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index):
AENS = i i i N xT P hucVu hHangDuocP TongSoKhac gCapDuoc ngKhongCun TongDienNa (2.12)
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.
8. Chỉ số mất điện khách hàng trung bình, ACCI (Average customer curtailment index): ACCI = Huong hHangBiAnh TongSoKhac gCapDuoc ngKhongCun TongDienNa (2.13)
Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng bị ảnh hƣởng trong một năm.
9. SARFIx là chỉ tiêu đánh giá mức độ sụt áp sag, trong đó x là mức điện áp so với Uđm.
SARFIx Là % hộ tiêu thụ chịu điện áp sag thấp hơn x%Uđm:
T i V N N SARFI % (2.14)
Trong đó: + x%.Uđm là mức sag cần tính: 140-120-110-90-80-70-50-10 + Ni là số hộ tiêu thụ chịu mức sag nhỏ hơn x% nêu trên nếu x%<110 , và lớn hơn x% nếu x%>100.
Ví dụ trong lƣới phân phối khi xảy ra ngắn mạch một pha tại một điểm nào đó, thì điện áp của tất cả các điểm đầu phụ tải điện đều sụt giảm, ở điểm ngắn mạch điện áp sụt nhiều nhất, các điểm xa hơn sẽ ít sụt giảm hơn. Mức sụt giảm này có thể tính đƣợc. Tính ngắn mạch 1 pha cho mọi điểm trên lƣới điện , ta sẽ thống kê đƣợc có bao nhiều điểm điện áp sụt thấp ví dụ hơn 40% Uđm. Mỗi điểm có một số hộ tiêu thụ , chia số hộ tiêu thụ có mức sụt áp này cho tổng số hộ tiêu thụ ta đƣợc SARFI%40. [21] 3.6.2. Áp dụng các chỉ tiêu trong thực tế
Các chỉ tiêu độ tin cậy trên đƣợc tiêu chuẩn hóa khi áp dụng cho quy hoạch lƣới phân phối điện, ví dụ:
Có 4 chỉ tiêu đƣợc dùng nhiều nhất: SAIDI – SAIFI – CAIDI - ASAI. 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. [20]
2.6.3. Nguyên nhân gây ra sự cố lƣới 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:
- 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. Hoặc các nguyên nhân chƣa biết hoặc chƣa rõ ràng. [12]
2.6.4. 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 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…
+ Sóc: Sóc là một mối quan tâm 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. [11]
+ 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 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; 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. 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. [16].
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP 3.1. Diễn biến điện áp trên lƣới điện phân phối
3.1.1. Sụt giảm điện áp và mất điện áp
Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp và mất điện áp là do sự cố trong hệ thống và các thao tác đóng cắt để tách sự cố. Đặc điểm của hiện tƣợng này là sự dao động điện áp khỏi ngƣỡng hoạt động bình thƣờng của điện áp hệ thống. Sụt giảm điện áp là một quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thông thƣờng 0.5 đến 30 chu kỳ), nguyên nhân bởi sự cố trong hệ thống hoặc khởi động của các tải lớn, nhƣ động cơ. Mất điện áp tức thời (thƣờng nhỏ hơn 2 đến 5s) thƣờng là kết quả của các hoạt động để tách sự cố quá độ trong hệ thống, hiện tƣợng mất điện áp có thời gian lâu hơn 1 phút thƣờng là do các sự cố xác lập gây ra. [8]
Công ty điện lực đang phải đối mật với sự phàn nàn về chất lƣợng điện do hiện tƣợng sụt giảm và mất điện áp gây ra cho khách hàng. Các khách hàng ngày càng có nhiều tải dễ bị ảnh hƣởng bởi sự cố trong hệ thống. Các máy tính điều khiển mất bộ nhớ, các qui trình ngày càng phức tạp cũng mất nhiều thời gian để khởi động lại. Các ngành công nghiệp phải dựa nhiều vào các thiết bị tự động để đạt đƣợc hiệu suất lớn nhất để duy trì sức cạnh tranh. Chính vì vậy, các hiện tƣợng này có tác động rất lớn về mặt kinh tế.
Đánh giá hiện tƣợng sụt giảm điện áp của nguồn cung cấp để các thiết bị có thể đƣợc thiết kế và phát triển các thông số kỹ thuật nhằm tối ƣu hoạt động của chúng. Trong các qui trình sản xuất, để đảm bảo sự tƣơng thích giữa đặc điểm nguồn và hoạt động của hệ thống thì phải chú ý:
Xác định số lƣợng và đặc điểm của hiện tƣợng sụt giảm điện áp do sự cố trong hệ thống truyền tải.
Xác định số lƣợng và đặc điểm của hiện tƣợng sụt giảm điện áp do sự cố trong hệ thống phân phối.
Xác định ảnh hƣởng của thiết bị với hiện tƣợng sụt giảm điện áp. Điều này sẽ xác định đƣợc hiệu suất thực tế của các qui trình sản xuất dựa trên việc tính toán sự sụt giảm điện áp theo hai bƣớc trên.
Đánh giá kinh tế theo các giải pháp tăng hiệu suất khác nhau, hoặc ở mức hệ thống cung cấp (ít sụt giảm điện áp hơn) hoặc trong các thiết bị.
a, Sự sụt giảm điện áp ảnh hƣởng tới thiết bị
Các thiết bị sử dụng điện có thể có nhiều ảnh hƣởng khác nhau với hiện tƣợng sụt giảm điện áp, chúng phụ thuộc vào loại tải, hệ thống điều khiển và các ứng dụng. Do đó, thƣờng khó để nhận biết đƣợc đặc điểm của hiện tƣợng sụt giảm điện áp gây mất hoạt động cho các thiết bị. Đặc điểm chung thƣờng đƣợc sử dụng là thời gian và biên độ của sự sụt giảm. Ít sử dụng hơn là sự thay đổi pha và mất cân bằng, mất điện áp, mất cân bằng điện áp 3 pha trong trƣờng hợp giảm thấp điện áp… Thông thƣờng, sự sụt giảm điện áp ảnh hƣởng với các thiết bị có thể chia thành ba nhóm:
+ Các thiết bị ảnh hƣởng với biên độ của sụt giảm điện áp: Nhóm thiết bị này bao gồm các thiết bị nhƣ rơ le thấp áp, các bộ điều khiển quy trình, điều khiển truyền động cơ, và các loại máy tự động. Các thiết bị trong nhóm này thƣờng ảnh hƣởng với biên độ nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) của điện áp xuất hiện trong quá trình sụt giảm điện áp. Với nhóm thiết bị này, thời gian trong các dao động là quan trọng bậc hai sau biên độ.
+ Các thiết bị ảnh hƣởng với cả biên độ và thời gian của sụt giảm điện áp: Nhóm thiết bị này bao gồm các thiết bị sử dụng trong các nguồn cung cấp điện tử. các thiết bị này sẽ mất hoạt động hoặc sự cố khi điện áp đầu ra giảm xuống dƣới giá trị danh định. Chính vì vậy, đặc điểm quan trọng của các thiết bị này là thời gian mà điện áp định mức bị giảm xuống dƣới ngƣỡng định mức.
+ Các thiết bị ảnh hƣởng với các đặc điểm khác của sự sụt giảm điện áp: Nhóm thiết bị này chịu ảnh hƣởng bởi các đặc điểm khác của sự sụt giảm điện áp nhƣ mất cân bằng pha, các quá độ xuất hiện trong quá trình mất ổn định…Các đặc điểm này thƣờng khó thấy hơn biên độ và thời gian, tác động của chúng cũng khó để nhận biết. [18]
Các khách hàng đƣợc cung cấp từ mức độ điện áp phân phối chịu tác động của sự cố trong cả hệ thống truyền tải và phân phối. Sự sụt giảm điện áp tại các thiết bị là tổng sự sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải và phân phối. Các tính toán tại mức độ phân phối phải bao gồm cả sự mất điện áp tạm thời do các thiết bị bảo vệ hoạt động để loại trừ sự cố. [16]
3.1.2. Các giải pháp làm giảm sụt điện áp và mất điện áp
Một số cách có thể đƣợc thực hiện bởi nguồn, tải, và các nhà sản xuất thiết bị để giảm số lƣợng, tính khắc nghiệt của sự sụt giảm điện áp và giảm bớt sự ảnh hƣởng của thiết bị với sụt giảm điện áp. Thƣờng càng giải quyết đƣợc vấn đề tại mức độ thấp vì sẽ càng tiết kiệm đƣợc chi phí.
Khi mức độ yêu cầu không thực hiện đƣợc, có thể sử dụng một hệ thống lƣu điện (UPS- Uninterruptible power supply) hoặc một vài loại điều hòa công suất khác cho các thiết bị điều khiển. Điều này sẽ thích hợp khi các thiết bị có thể chống lại sụt giảm hoặc mất điện áp nhƣng các thiết bị điều khiển sẽ tự ngắt chúng. [16]
* Các giải pháp ở mức thiết bị
Các giải pháp để tăng độ tin cậy và các hiệu suất của các qui trình hoặc của các thiết bị có thể đƣợc chấp nhận tại nhiều mức độ khác nhau. Các công nghệ khác nhau có thể đƣợc tính toán dựa trên các yêu cầu riêng của các qui trình để xác định giải pháp tối ƣu cho việc cải thiện sự sụt giảm điện áp. Các giải pháp có thể đƣợc thực hiện theo các mức độ khác nhau:
+ Bảo vệ cho các tải nhỏ (ví dụ nhƣ nhỏ hơn 5kVA). Điều này thƣờng bao gồm bảo vệ cho các thiết bị điều khiển, các máy cá nhân nhỏ hoặc nhiều khi là các tải một pha cần đƣợc bảo vệ.
+ Bảo vệ cho các thiết bị riêng hoặc nhóm các thiết bị tới khoảng 300kVA. Tuy rằng không phải mọi tải trong nhóm thiết bị này cần bảo vệ, nhƣng đây có thể là một