TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VIỆT NAM
Tổng quát về lưới điện phân phối và độ tin cậy cung cấp điện
1.1.1 T ổng quát về lưới điện phân phối
Lưới phân phối là một phần quan trọng của hệ thống điện, bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp và các đường dây truyền tải Tất cả các thành phần này được kết nối với nhau, tạo thành một hệ thống điện hoàn chỉnh.
Hệ thống lưới phân phối điện có nhiệm vụ chuyển tải điện năng từ các trạm trung gian đến các phụ tải, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép Độ tin cậy của lưới phân phối phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của hệ thống điện Lưới phân phối điện được chia thành hai phần chính.
Lưới phân phối trung áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, với điện áp trung bình dao động từ 6-35 kV, trong đó điện áp phổ biến nhất là 6 kV.
10, 22, 35 kV, phân phối điện cho các trạm trung áp, hạ áp, phụ tải trung áp và lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp
- Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp thấp (380/220 hay 220/110) đưa điện năng tới hộ dùng điện
Lưới phân phối điện có chiều dài lớn và bao gồm các đường dây phân nhánh, hình tia hoặc mạch vòng, cung cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ Do đó, mọi nguyên nhân ảnh hưởng đến quá trình truyền tải của lưới phân phối đều có liên quan trực tiếp đến các hộ tiêu thụ.
Trong thiết kế và vận hành lưới phân phối, cần xây dựng các phương án đảm bảo chất lượng năng lượng và có kế hoạch dự phòng hợp lý khi xảy ra sự cố Điều này giúp giảm xác suất xảy ra sự cố và hạn chế thiệt hại kinh tế cho các hộ tiêu thụ.
1.1.2 Khái ni ệm độ tin cậy cung cấp điện
Độ tin cậy không chỉ áp dụng cho hệ thống điện mà còn cho bất kỳ phần tử hoặc hệ thống vận hành nào trong thực tế Theo khái niệm kinh điển, độ tin cậy của một hệ thống được định nghĩa là xác suất mà hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong một khoảng thời gian và điều kiện vận hành nhất định.
Độ tin cậy liên quan chặt chẽ đến khả năng hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể trong một khoảng thời gian và hoàn cảnh nhất định Nó có thể được định lượng qua xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong thời gian xác định, gọi là độ tin cậy của hệ thống hoặc phần tử Khái niệm độ tin cậy mang tính thống kê, dựa trên kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hoặc phần tử đó.
Trong các công việc cũng như trong các hệ thống độ tin cậy trở thành chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng
Lý thuyết độ tin cậy tồn tại và phát triển theo những hướng như sau:
Nghiên cứu cơ sở toán học về độ tin cậy cung cấp những quy luật và phép tính định lượng cần thiết để hiểu rõ hơn về độ tin cậy Đây chính là nền tảng quan trọng để phát triển khoa học về độ tin cậy.
Nghiên cứu thống kê về độ tin cậy tập trung vào việc thu thập và xử lý tín hiệu để xác định các đặc trưng thống kê liên quan đến độ tin cậy Bằng cách phân tích tính chất đám đông của dữ liệu, nghiên cứu này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ bản về độ tin cậy.
Nghiên cứu bản chất vật lý của độ tin cậy nhằm tìm hiểu nguyên nhân gây ra sự cố, hiện tượng già cỗi, các điều kiện môi trường, và độ bền của vật liệu Những yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau.
Mỗi ngành kỹ thuật xây dựng cơ sở ứng dụng lý thuyết độ tin cậy, sử dụng các phương pháp hiệu lực để tính toán và biện pháp nâng cao độ tin cậy Độ tin cậy bao gồm lý thuyết và thực tế, nghiên cứu nguyên nhân, quy luật sự cố, và các phương pháp tính toán Khi lựa chọn độ tin cậy, yếu tố kinh tế cũng cần được xem xét để đạt giải pháp tối ưu Đối với hệ thống phục hồi như hệ thống điện, khái niệm khoảng thời gian xác định không quan trọng, mà độ tin cậy được đo bằng độ sẵn sàng Độ sẵn sàng là xác suất hệ thống hoàn thành nhiệm vụ tại thời điểm bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt với tổng thời gian.
Độ sẵn sàng của hệ thống điện, hay còn gọi là độ tin cậy, trái ngược với độ không sẵn sàng, là xác suất mà hệ thống hoặc phần tử đang hoạt động bình thường Tuy nhiên, để đánh giá chính xác độ tin cậy trong các bài toán cụ thể, cần phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác có tính xác suất.
Các bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được phân chia thành các bài toán nhỏ theo cấu trúc như sau (theo [2]):
Như vậy bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn loại:
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống phát, chỉ xét riêng các nguồn điện;
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến các nút tải hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện;
- Bài toán về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phân phối;
- Bài toán về độ tin cậy của phụ tải
Bên cạnh đó, tùy theo mục đích khảo sát cụ thể, bài toán độ tin cậy trong hệ thống điện có thể được chia làm 2 nhóm là:
- Bài toán quy hoạch, phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện;
- Bài toán vận hành, phục vụ vận hành hệ thống điện
Còn theo nội dung tính toán phân tích, bài toán đánh giá độ tin cậy có thể được chia thành các loại sau:
- Bài toán giải tích, nhằm mục đích tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống điện có cấu trúc cho trước
Hệ thống Lưới truyền tải Lưới phân ố Phụ tải
Hình 1.1.Các bài toán đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện
Bài toán tổng hợp nhằm xác định trực tiếp các thông số của một phân tử dựa trên yêu cầu về độ tin cậy và các thông số của các phần tử khác Tuy nhiên, bài toán này rất phức tạp và thường chỉ áp dụng được trong các trường hợp nhỏ, hạn chế.
Các bài toán lớn liên quan đến nguồn điện và lưới điện thường sử dụng phương pháp tổng hợp gián tiếp Phương pháp này bao gồm việc lập nhiều phương án và tính toán độ tin cậy thông qua các phương pháp giải tích, nhằm so sánh và lựa chọn phương án tối ưu nhất.
Mỗi loại bài toán về độ tin cậy đều gồm có bài toán quy hoạch và vận hành
Mỗi bài toán lại bao gồm loại giải tích và tổng hợp
Phân tích độ tin cậy là yếu tố quan trọng trong quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện Bài toán này bao gồm việc tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của một bộ phận trong hệ thống điện dựa trên thông số độ tin cậy của các phần tử cấu thành, chẳng hạn như độ tin cậy của trạm biến áp hoặc sơ đồ lưới điện Các chỉ tiêu độ tin cậy luôn liên quan đến tiêu chuẩn hỏng hóc hoặc tiêu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ do người phân tích đặt ra.
Tuy nhiên các kết quả nói chung cũng vẫn sử dụng được trong quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện
Mối quan hệ giữa độ tin cậy cung cấp điện và tính kinh tế
1.2.1 Độ tin cậy và tổn thất kinh tế do mất điện Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế Việc mất điện gây ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt và sản xuất, để lại nhiều hậu quả cho kinh tế xã hội Mất điện đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi cần độ an toàn công cộng và môi trường cao như bệnh viện, nhà máy xử lý nước thải, hầm mỏ Những nơi này thường có
15 các nguồn điện dự phòng như máy phát điện tuy nhiên việc mất nguồn điện chính vẫn để lại hậu quả và thiệt hại đáng kể
Theo hậu quả của mất điện, các phụ tải được chia làm 2 loại:
Sự mất điện đối với các loại phụ tải có ảnh hưởng đến chính trị và xã hội cần được cấp điện với độ tin cậy tối đa.
Sự mất điện gây ra nhiều hậu quả kinh tế nghiêm trọng, đặc biệt đối với các loại phụ tải Để giải quyết bài toán kinh tế kỹ thuật này, cần phải cân nhắc giữa vốn đầu tư vào hệ thống điện và tổn thất kinh tế do sự cố mất điện Việc tối ưu hóa hệ thống điện không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp và cộng đồng.
Tổn thất kinh tế đối với các cơ sở sản xuất và kinh doanh xảy ra khi mất điện, bao gồm cả sự cố đột ngột và theo kế hoạch Mất điện đột ngột có thể dẫn đến hỏng hóc sản phẩm và gián đoạn sản xuất, gây thiệt hại lớn Ngược lại, khi mất điện theo kế hoạch, tổn thất thường nhỏ hơn do các cơ sở đã chuẩn bị trước Việc tính toán tổn thất này cho từng loại xí nghiệp là cần thiết để thiết kế hệ thống cung cấp điện phù hợp, nhằm giảm thiểu thiệt hại kinh tế.
Tổn thất kinh tế trong hệ thống điện được xác định từ các tổn thất thực tế tại phụ tải và các quan điểm của hệ thống điện Việc tính toán này giúp thiết kế và quy hoạch hệ thống điện đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế cho toàn bộ hệ thống.
Tổn thất điện năng được tính riêng cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện, đồng thời cũng áp dụng cho từng loại phụ tải trong trường hợp mất điện Mỗi lần mất điện sẽ được tính toán cho 1 kW hoặc 1 kWh tổn thất, cùng với độ dài thời gian mất điện.
Tổn thất kinh tế do mất điện là rất lớn, đồng thời yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao trong bối cảnh chính trị - xã hội Do đó, hệ thống điện cần phải được hoàn thiện về cấu trúc và cải tiến về vận hành để nâng cao độ tin cậy Lưới phân phối là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự liên tục cung cấp điện cho khách hàng Việc tăng cường độ tin cậy cho khách hàng không chỉ giảm thiểu chi phí xã hội mà còn mang lại lợi ích cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân.
1.2.2 Bài toán t ối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân ph ối (độ tin cậy hợp lý)
Ngành điện và các công ty điện lực luôn nỗ lực cung cấp điện liên tục và chất lượng cho khách hàng với giá cả hợp lý.
Cung cấp điện liên tục đảm bảo nguồn điện ổn định và an toàn cho con người và thiết bị, với chất lượng điện năng đạt yêu cầu về điện áp và tần số trong giới hạn cho phép Hệ thống và trang bị cần được sử dụng một cách kinh tế để tối ưu hóa hiệu quả hoạt động.
Giá trị độ tin cậy là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tỷ lệ tăng trưởng Phân tích kinh tế về độ tin cậy của hệ thống có thể trở thành công cụ hữu ích trong việc ra quyết định chi tiêu tài chính, nhằm cải thiện độ tin cậy thông qua việc cung cấp thêm vốn đầu tư cho hệ thống.
Trong môi trường cạnh tranh, các công ty điện lực phải đối mặt với nhiều ràng buộc kinh tế, xã hội, chính trị và môi trường Để duy trì và mở rộng hoạt động trong hệ thống điện liên kết, họ cần đưa ra các quyết định quy hoạch, đầu tư và vận hành hợp lý Độ tin cậy cung cấp điện là tiêu chí quan trọng cho chất lượng dịch vụ, có mối quan hệ chặt chẽ với chi phí, ảnh hưởng đến giá thành điện năng và sự chấp nhận của khách hàng Do đó, việc đánh giá mối quan hệ giữa chi phí, độ tin cậy và giá thành là cần thiết Mặc dù việc tính toán giá thành cho độ tin cậy gặp khó khăn và mang tính chủ quan, nhưng việc sử dụng tính toán thay thế để đánh giá thiệt hại do mất điện là phổ biến Chi phí mất điện phản ánh giá thành độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện, liên quan đến giá trị và lợi nhuận xã hội từ chất lượng và độ liên tục cung cấp điện.
Việc quy hoạch hệ thống điện gặp phải thách thức trong việc lựa chọn các phương án phát triển dựa trên chi phí hệ thống Nhiều phương pháp đã được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của sự cố cung cấp điện đối với khách hàng Nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư được thể hiện qua đường cong trong Hình 1.2.
Hình 1.2.Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư
Độ tin cậy tiệm cận giá trị 1 khi vốn đầu tư đạt đến vô hạn, cho thấy rằng độ tin cậy càng cao thì chi phí đầu tư càng lớn Tuy nhiên, khi đạt đến một mức giá trị nhất định, việc tăng thêm vốn đầu tư sẽ không làm tăng đáng kể độ tin cậy, đây được gọi là vùng bão hòa của đường cong độ tin cậy.
Hình 1.3.Độ tin cậy và chi phí tối ưu
Hình 1.3 minh họa rằng khi chi phí đầu tư tăng, độ tin cậy của hệ thống điện cũng tăng theo, dẫn đến giảm thiểu tổn thất kinh tế do mất điện Tổng chi phí bao gồm chi phí đầu tư và chi phí tổn thất, và điểm tại đó tổng chi phí đạt mức thấp nhất chính là độ tin cậy tối ưu Điều này cho thấy chỉ số độ tin cậy không cố định mà phụ thuộc vào điểm thấp nhất của tổng chi phí Đối với các quốc gia có nền sản xuất công nghiệp phát triển, chi phí do mất điện cao hơn, vì vậy việc đạt được độ tin cậy tối ưu càng trở nên cần thiết.
Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối
Trong lưới điện phân phối, khi không tính đến sự cố từ nguồn điện, các chỉ tiêu phân phối theo tiêu chuẩn IEEE-P1366 được áp dụng để đánh giá hiệu suất cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Hai chỉ số quan trọng bao gồm tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI) và thời gian mất điện trung bình của hệ thống, giúp phản ánh chất lượng dịch vụ điện năng.
SAIDI, tần suất mất điện trung bình của khách hàng (CAIFI), thời gian mất điện trung bình của khách hàng (CAIDI), tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI) và khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình (ASAI) là những chỉ số quan trọng đánh giá hiệu suất cung cấp điện Những chỉ số này giúp theo dõi và cải thiện chất lượng dịch vụ điện, đảm bảo sự hài lòng của khách hàng và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện.
1.3.1 T ần suất mất điện trung bình của hệ thống SAIFI (System average interruption frequency index)
Chỉ số SAIFI được tính bằng tổng số lượt khách hàng bị mất điện kéo dài trên 5 phút, chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện của đơn vị phân phối Chỉ số này giúp đánh giá độ tin cậy trong cung cấp điện của các đơn vị phân phối và bán lẻ điện.
Trong đó: n: số lần mất điện kéo dài trên 05 phút thuộc phạm vi cung cấp điện của Đơn vị phân phối điện;
K i là tổng số khách hàng sử dụng điện cùng với các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, chịu ảnh hưởng bởi sự cố mất điện thứ i.
K t - Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện
SAIFI là chỉ số đo lường số lần mất điện trung bình cho mỗi khách hàng trong hệ thống phân phối điện Chỉ tiêu này được các nhà cung cấp và quản lý hệ thống chú trọng vì nó phản ánh độ tin cậy của hệ thống điện Khi số lần mất điện quá cao, nhà cung cấp có thể xác định các biện pháp khắc phục nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện.
1.3.2 Th ời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIDI (System average interruption duration index)
SAIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện kéo dài trên 5 phút mà khách hàng sử dụng điện trải qua, cùng với thời gian mất điện mà đơn vị phân phối và bán lẻ điện phải mua từ đơn vị khác.
Có 19 đơn vị phân phối điện, phục vụ cho tổng số khách hàng sử dụng điện Các đơn vị này cũng đảm nhận việc phân phối và bán lẻ điện, mua điện từ các đơn vị phân phối điện khác.
SAIDI thường được tính toán theo chu kỳ hàng tháng hoặc hàng năm, nhưng cũng có thể được xác định theo ngày hoặc cho bất kỳ khoảng thời gian nào khác.
Trong đó: Ti: Thời gian mất điện lần thứ i (chỉ xét các lần mất điện có thời gian kéo dài trên 05 phút);
K i là tổng số khách hàng sử dụng điện cùng với các đơn vị phân phối và bán lẻ điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i Trong khi đó, n là tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong phạm vi cung cấp điện của đơn vị phân phối điện.
K t : Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đơn vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đơn vị phân phối điện
SAIDI đo lường thời gian mất điện trung bình cho mỗi khách hàng của đơn vị phân phối điện, phản ánh độ tin cậy của hệ thống điện Chỉ tiêu này được các nhà cung cấp và quản lý hệ thống chú trọng, vì nó giúp xác định độ ổn định của lưới điện trong các sự cố mất điện ngắn hay dài Từ đó, các biện pháp khắc phục và nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện có thể được triển khai hiệu quả.
1.3.3 T ần suất mất điện trung bình của khách hàng CAIFI (Customer average interruption frequency index)
CAIFI cho biết số lần mất điện trung bình cho trên mỗi khách hàng n i i 1
Trong đó: n: số lần mất điện kéo dài trên 05 phút thuộc phạm vi cung cấp điện của Đơn vị phân phối điện;
K i là tổng số khách hàng sử dụng điện cùng với các đơn vị phân phối và bán lẻ điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i.
Chỉ số CAIFI rất hữu ích trong việc so sánh giữa các năm, vì không phải tất cả khách hàng đều bị ảnh hưởng, và nhiều khách hàng vẫn nhận được điện Giá trị CAIFI cũng thuận tiện khi đánh giá theo thời gian của một hệ thống phân phối cụ thể.
Chỉ tiêu này phản ánh kỳ vọng của khách hàng về việc sử dụng điện, với số liệu thấp cho thấy tần suất mất điện trung bình của khách hàng là ít, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng đến sinh hoạt hàng ngày Khi áp dụng các chỉ số này, khách hàng chỉ bị tính một lần, bất kể số lần mất điện mà họ gặp phải trong năm.
1.3.4 Th ời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI (Customer average interruption duration index)
CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình của mỗi lần mất điện cho trên mỗi khách hàng n i i i 1 i
Trong đó: Ti: Thời gian mất điện lần thứ i (chỉ xét các lần mất điện có thời gian kéo dài trên 05 phút);
K i đại diện cho tổng số khách hàng sử dụng điện cùng với các đơn vị phân phối và bán lẻ điện chịu ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i Trong khi đó, n là tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong khu vực cung cấp điện của đơn vị phân phối.
Chỉ số CAIDI đo lường thời gian mất điện trung bình hàng năm cho một khách hàng sử dụng điện Chỉ tiêu này phản ánh kỳ vọng của khách hàng về độ tin cậy của dịch vụ điện Nếu chỉ số CAIDI thấp, điều đó cho thấy khách hàng chỉ gặp phải tình trạng mất điện trong khoảng thời gian ngắn, ít ảnh hưởng đến sinh hoạt hàng ngày của họ.
1.3.5 T ần suất mất điện thoáng qua trung bình MAIFI (Momentary average interruption frequency index)
Chỉ tiêu MAIFI tương tự như SAIFI, nhưng nó sử dụng sự kiện thoáng qua
Chỉ tiêu này thể hiện số lần mất điện thoáng qua trung bình đối với mỗi khách hàng của đơn vị cung cấp điện
Trong đó: n: Tổng số lần mất điện thoáng qua thuộc phạm vi cung cấp điện của Đơn vị phân phối điện;
Yêu cầu trong vận hành của lưới điện phân phối
1.4.1 Các quy định của Bộ Công Thương về đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối
Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương ban hành ngày 18 tháng
11 năm 2015 quy định về rõ về các yêu cầu vận hành đối với hệ thống phân phối
Bài viết đề cập đến các yêu cầu kỹ thuật, độ tin cậy cung cấp điện, tổn thất điện năng và chất lượng dịch vụ khách hàng Tiêu chuẩn về độ tin cậy vận hành của lưới điện phân phối được đánh giá theo quý và phê duyệt hàng năm cho các đơn vị điện lực toàn quốc Các chỉ số đánh giá độ tin cậy hướng tới khách hàng được áp dụng nhằm đảm bảo chất lượng phục vụ của các đơn vị phân phối điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEEE-P1366.
Cụ thể các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối được yêu cầu thống kê và bảo đảm bao gồm:
- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (SAIDI);
- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (SAIFI);
- Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối (MAIFI)
1.4.2 Trình t ự phê duyệt tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện, tổng thất điện năng hàng năm cho lưới điện phân phối
Trước ngày 15 tháng 11 hàng năm, Tập đoàn Điện lực Việt Nam phải xây dựng kế hoạch về độ tin cậy cung cấp điện và giảm tổn thất điện năng cho năm tiếp theo của các Đơn vị phân phối điện Kế hoạch này sau đó sẽ được trình Cục Điều tiết điện lực để xem xét và phê duyệt.
Trước ngày 15 tháng 12 hàng năm, Cục Điều tiết điện lực phê duyệt chỉ tiêu độ tin cậy và tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối của từng đơn vị phân phối điện Đây là cơ sở quan trọng để tính toán giá phân phối điện cho các đơn vị này.
1.4.3 Ch ế độ báo cáo tại các đơn vị điện lực
Trước ngày 15 của tháng đầu tiên mỗi quý, các đơn vị phân phối điện phải gửi báo cáo bằng văn bản cho Cục Điều tiết điện lực Báo cáo này cần nêu rõ việc thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện và tổng thất điện năng của lưới điện phân phối trong quý trước.
- Cục Điều tiết điện lực quy định mẫu báo cáo về độ tin cậy của các Đơn vị phân phối điện.
Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối
Để nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối điện, cần chú trọng đến việc sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao, bao gồm đường dây, máy biến áp, máy cắt và các thiết bị bảo vệ Sự phát triển của công nghệ vật liệu mới đã mang lại nhiều vật liệu cách điện và thiết bị điện hiện đại, như máy cắt điện chân không và máy cắt điện SF6, có độ tin cậy vượt trội Đồng thời, các thiết bị bảo vệ và tự động hóa sử dụng công nghệ kỹ thuật số đang dần thay thế các rơle điện từ truyền thống Mặc dù việc đầu tư vào thiết bị có độ tin cậy cao có thể tăng chi phí, nhưng đối với những hộ phụ tải quan trọng, cần phải đầu tư tốt nhất có thể Việc lựa chọn biện pháp phù hợp cần dựa trên so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư Hiện nay, nhiều thiết bị cũ và công nghệ lạc hậu đang được thay thế bằng thiết bị hiện đại, góp phần nâng cao độ tin cậy của lưới điện.
Biện pháp thứ hai là áp dụng thiết bị tự động và điều khiển từ xa trên lưới điện, bao gồm các thiết bị như tự động đóng nguồn dự phòng, hệ thống SCADA để giám sát và thu thập dữ liệu từ xa, và thiết bị tự động đóng lại Theo thống kê, khoảng 70-80% sự cố trên đường dây tải điện trên không là do sự cố thoáng qua.
Nguyên nhân sự cố điện có thể do sét đánh, cây đổ hoặc vật lạ rơi vào đường dây Những sự cố này thường tự giải quyết sau 1 hoặc 2 lần phóng điện và thời gian đóng lặp lại rất ngắn, chỉ từ 2-5 giây, nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất điện Do đó, việc sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại là hiệu quả.
Tỷ lệ đóng lại thành công của hệ thống điện là rất cao, đặc biệt khi sử dụng thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng hiệu quả trong trường hợp có hai nguồn cấp Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp, cho phép thu thập, phân tích và điều khiển từ xa SCADA mang lại hiệu quả cao trong điều hành lưới phân phối, giúp nhanh chóng tách đoạn lưới gặp sự cố và khôi phục cấp điện cho các khu vực không bị ảnh hưởng Tuy nhiên, việc áp dụng SCADA cho lưới điện phân phối ở vùng ngoại thành và nông thôn gặp khó khăn do chi phí cao, ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của dự án.
Để nâng cao khả năng dự phòng cho lưới điện, cần áp dụng sơ đồ kết dây lưới hợp lý như đường dây mạch kép, lưới kín vận hành hở và lưới phân đoạn Mặc dù lưới hình tia với phân nhánh có độ tin cậy thấp thường được sử dụng cho lưới phân phối hiện nay do lý do kinh tế, nhưng việc chuyển đổi sang các sơ đồ linh hoạt hơn sẽ giúp hạn chế khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải và từ đó tăng cường độ tin cậy cho lưới phân phối.
Hiện nay, có ba loại sơ đồ kết dây chính: sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép, sơ đồ lưới kín vận hành hở và sơ đồ lưới có phân đoạn Sơ đồ mạch kép sử dụng hai đường dây cấp điện cho phụ tải, cho phép vận hành song song hoặc độc lập; khi một lộ gặp sự cố, lộ còn lại vẫn cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải, tuy nhiên, mỗi lộ cần có khả năng mang tải đủ lớn Mặc dù có độ tin cậy cao, sơ đồ này đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, thích hợp cho các phụ tải quan trọng Sơ đồ lưới kín vận hành hở sử dụng nhiều nguồn và phân đoạn đường dây, tạo thành lưới kín nhưng có thể cắt ra thành lưới hở trong quá trình vận hành Khi một đoạn ngừng điện, chỉ phụ tải của đoạn đó bị ảnh hưởng, trong khi các đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác và sau đó được cấp điện bình thường Sơ đồ này có ưu điểm về chi phí đầu tư hợp lý.
Các hệ thống phân phối điện có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được ưa chuộng nhất hiện nay nhờ chi phí thấp và thiết kế đơn giản Tuy nhiên, sơ đồ này có nhược điểm là độ tin cậy chưa cao, vì khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn, chỉ những phân đoạn phía sau mới bị mất điện, trong khi các phân đoạn phía trước chỉ mất điện tạm thời trong quá trình thao tác Thiết bị phân đoạn thường sử dụng bao gồm máy cắt điện, dao cách ly và dao cách ly phụ tải.
Trong sơ đồ lưới điện, số lượng và vị trí của các thiết bị phân đoạn ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian mất điện của phụ tải Việc lựa chọn thiết bị phân đoạn cần phải cụ thể cho từng lưới điện để tối ưu hóa hiệu suất Kinh nghiệm cho thấy, để giảm thiểu điện năng mất mát do bảo trì và sự cố, cần lắp đặt nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây, với vị trí phân bổ đều dọc theo chiều dài đường dây Tuy nhiên, việc lắp đặt quá nhiều thiết bị cũng có thể làm tăng chi phí đầu tư và nguy cơ sự cố, do đó, đối với lưới điện trung áp, chiều dài các phân đoạn đường dây thường được lựa chọn một cách hợp lý.
Để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng sơ đồ trong khoảng cách 2-3 km, việc kết hợp với các thiết bị tự động đóng lại và điều khiển từ xa sẽ nâng cao đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối.
Việc sử dụng các thiết bị này giúp loại bỏ ảnh hưởng của sự cố thoáng qua và giảm thời gian thao tác trên lưới, từ đó nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện Tuy nhiên, nhược điểm lớn là vốn đầu tư cao, do đó cần phải so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư để đưa ra quyết định hợp lý.
Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh chóng là giải pháp quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc cô lập nhanh sự cố giúp rút ngắn thời gian mất điện cho phụ tải, đòi hỏi đủ nhân lực, dụng cụ, thiết bị dự phòng và phương tiện sẵn sàng cho mọi tình huống Ngoài ra, cần thu thập thông tin và phân tích để cô lập sự cố hiệu quả Sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới phân phối không chỉ giảm thời gian mất điện mà còn giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy của lưới Để đạt được điều này, cần tăng cường đào tạo nhân viên về kiến thức tay nghề và tính kỷ luật, từ đó nâng cao tỷ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line, một biện pháp đơn giản, tiết kiệm và hiệu quả trong việc giảm thời gian mất điện.
Kết luận chương 1
Độ tin cậy của lưới điện, đặc biệt là lưới phân phối, là chỉ tiêu quan trọng trong quản lý vận hành, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế và xã hội Tổn thất do mất điện gây ra là lớn, và chi phí khắc phục cũng rất tốn kém Mặc dù chi phí đầu tư để nâng cao độ tin cậy thường tỷ lệ nghịch với thiệt hại kinh tế, nhưng hiện nay, yếu tố này vẫn chưa được chú trọng đầy đủ trong quy hoạch phát triển lưới điện ở nhiều địa phương Do đó, cần định lượng độ tin cậy để đánh giá hiệu quả vận hành lưới điện và xây dựng các phương án quy hoạch cụ thể nhằm nâng cao chất lượng lưới điện.
Việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Việt Nam được thực hiện theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, theo đó hệ thống điện phân phối áp dụng các chỉ số độ tin cậy hướng tới khách hàng (IEEE-P1366) Độ tin cậy của lưới điện đang vận hành được thống kê và so sánh với các chỉ tiêu cấp phát hàng năm của các Tổng công ty Điện lực.
Trong các chương tiếp theo, luận văn sẽ nghiên cứu phương pháp đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối điện dựa trên dữ liệu thực tế Bên cạnh đó, bài viết cũng sẽ đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối và đánh giá chi tiết hiệu quả kinh tế của những biện pháp này Cuối cùng, nghiên cứu sẽ áp dụng các tính toán cho một lưới điện phân phối trung áp điển hình tại thành phố Hà Nội.
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Tổng quan về tính toán và tình hình nghiên cứu độ tin cậy cho lưới điện phân phối tại Việt Nam
2.1.1 C ấu trúc điển hình của lưới điện phân phối tại các đơn vị điện lực
Hệ thống phân phối điện hiện nay đang phát triển nhanh chóng về quy mô, phạm vi và mức độ chủ động cung cấp điện cho khách hàng Nó bao gồm các trạm biến áp trung gian, đường dây phân đoạn và trạm biến áp hạ áp, được kết nối thành một hệ thống thống nhất Nhờ vào hệ thống máy tính, biểu đồ phụ tải có thể thay đổi, giúp tối ưu hóa sơ đồ kết dây để giảm thiểu tổn thất công suất Độ tin cậy và tính kinh tế của hệ thống cung cấp điện được nâng cao nhờ tự động hóa trong các khâu đo lường và điều khiển Lưới điện phân phối, do các đơn vị điện lực quản lý, là khâu cuối cùng cung cấp điện cho phụ tải, bắt đầu từ các trạm biến áp trung gian và kết nối với lưới hạ áp qua các trạm biến áp phân phối Sự hiệu quả của lưới phân phối ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của toàn bộ hệ thống điện.
- Chi phí cho đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn
- Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống
- Thời gian ngừng điện sự cố và ngừng điện kế hoạch lớn hơn lưới truyền tải nhiều lần
- Lưới phân phối ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng cung cấp cho phụ tải (chủ yếu là chỉ tiêu điện áp)
- Độ tin cậy của lưới phân phối ảnh hưởng trực tiếp nhất đến phụ tải
Nghiên cứu độ tin cậy của lưới phân phối là rất cần thiết, vì nó đảm bảo chất lượng hoạt động và khả năng cung cấp điện liên tục trong hệ thống điện.
Lưới phân phối điện bao gồm lưới phân phối trung áp và hạ áp, với các cấp điện áp trung áp phổ biến là 6, 10, 15, 22 và 35kV Lưới phân phối trung áp truyền tải điện từ các trạm biến áp trung gian đến các trạm biến áp hạ áp, trong khi lưới phân phối hạ áp thường sử dụng điện áp 0,4kV để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.
Lưới phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải với chất lượng và độ tin cậy theo tiêu chuẩn Tuy nhiên, độ tin cậy của lưới phân phối hiện nay phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải cũng như chất lượng của lưới, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố kinh tế và kỹ thuật.
Hình 2.1.Các cấu trúc điển hình của lưới phân phối khi tính độ tin cậy
Về phương diện độ tin cậy cung cấp điện, cấu trúc của lưới phân phối tại các đơn vị điện lực của Việt Nam thường là (theo [3]):
Lưới phân phối hình tia có đặc điểm nổi bật là thiết kế đơn giản và chi phí đầu tư thấp Tuy nhiên, độ tin cậy của hệ thống này không cao, vì vậy nó không đáp ứng được nhu cầu của các phụ tải quan trọng.
Lưới phân phối hình tia có phân đoạn (Hình 2.1b) là loại lưới phân phối được chia thành nhiều đoạn nhờ vào thiết bị phân đoạn như dao cách ly, cầu dao phụ tải và máy cắt phân đoạn Những thiết bị này có khả năng đóng và ngắt dòng điện, giúp quản lý và bảo trì lưới điện hiệu quả hơn.
Cắt tại chỗ có thể thực hiện bằng tay hoặc thông qua hệ thống điều khiển từ xa Độ tin cậy của lưới phụ thuộc vào chất lượng của thiết bị phân đoạn và hệ thống điều khiển đi kèm.
Lưới kín vận hành hở có cấu trúc mạch vòng kín hoặc hai nguồn, với các thiết bị phân đoạn trong mạch Khi xảy ra sự cố hoặc cần sửa chữa, các thiết bị đóng cắt sẽ điều chỉnh sơ đồ cấp điện, cho phép các phân đoạn còn lại tiếp tục hoạt động bình thường trong khi phân đoạn sửa chữa bị mất điện Sơ đồ này mang lại độ tin cậy cao hơn so với các sơ đồ trước, tuy nhiên, để vận hành kín, yêu cầu về thiết bị bảo vệ và điều khiển sẽ cao hơn cả về chất lượng và chi phí Do đó, vận hành lưới hở trở nên đơn giản và tiết kiệm hơn.
2.1.2 Tình hình nghiên c ứu về độ tin cậy cho lưới điện phân phối tại Việt Nam Độ tin cậy là một chỉ tiêu hết sức quan trọng của hệ thống điện nó ảnh hưởng tới cấu trúc lưới trong bài toán thiết kế và bài toán vận hành Tuy nhiên ngược lại với sự phát triển nhanh của phụ tải đi kèm là yêu cầu về độ tin cậy ngày càng cao thì các nghiên cứu về độ tin cậy tại Việt Nam còn rất nhiều hạn chế Đặc biệt là trong lưới phân phối Hầu hết các nghiên cứu tập trung về việc đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới phân phối sử dụng các thiết bị tự động hóa, đóng lặp lại, phân đoạn lưới sử dụng máy cắt phụ tải… Để tính toán định lượng được tương đối chính xác độ tin cậy nhằm đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy khả thi và tối ưu là rất khó khăn do thiếu số liệu hoặc số liệu không chính xác
Lưới phân phối điện có chiều dài lớn và nhiều trạm biến áp, thường xuyên đi qua các khu dân cư và đồng ruộng Nhiều đường dây chưa được cải tạo, dẫn đến tình trạng dây dẫn mòn, mối nối dễ đứt, sứ cách điện nứt vỡ, và cột bị cong nghiêng Sự cố thường xảy ra, đặc biệt trong thời tiết xấu như mưa bão Việc cập nhật thông tin về sự cố mất điện gặp khó khăn do điều kiện địa lý xa xôi và trách nhiệm của công nhân quản lý không đầy đủ Ngoài ra, việc xử lý dữ liệu lớn bằng tay cũng gây khó khăn Để cải thiện độ tin cậy của lưới phân phối, tác giả đã sử dụng phần mềm tính toán độ tin cậy trong nghiên cứu này.
30 đã được những người đi trước xây dựng nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng để tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối
2.2 Thông số độ tin cậy phần tử
Phần tử của hệ thống điện thường có khả năng phục hồi, cho phép sửa chữa sau khi hỏng hóc để khôi phục khả năng làm việc Một phần tử phục hồi được đặc trưng bởi các thông số độ tin cậy như cường độ hỏng hóc λ, thời gian làm việc trung bình T0, cường độ phục hồi μ và thời gian phục hồi trung bình τ0 Cường độ hỏng hóc của một phần tử là số lần hỏng hóc trên một đơn vị thời gian, và các phần tử trong lưới điện có thể gặp hỏng hóc bất ngờ, được mô tả bởi cường độ hỏng hóc λ(t) Trong nghiên cứu độ tin cậy của lưới điện, người ta thường sử dụng cường độ hỏng hóc trung bình theo năm, thay vì giá trị thực phụ thuộc vào thời gian, và λ được thống kê dựa trên quan sát các phần tử.
Trong đó: m: số lần hỏng quan sát được n: số phần tử T: thời gian làm việc
Với 1 thiết bị cường độ hỏng hóc chia thành 3 thời kỳ:
- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng hóc do các khuyết tật khi lắp ráp, λ(t) giảm dần (thời kỳ chạy roda)
- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: λ(t) = hằng số
- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi λ(t) tăng dần
Hình 2.2.Mô hình cường độ hỏng hóc b Thời gian làm việc trung bình:
Thời gian giữa hai lần sửa chữa được xác định bằng giá trị nghịch đảo của cường độ hỏng hóc Điều này có nghĩa là chỉ cần thống kê một trong hai thông số này để có được giá trị cần thiết.
T 0 = 1 λ (2.2) c Thời gian phục hồi sửa chữa trung bình τ0: i 0 m
Để đánh giá độ sẵn sàng của hệ thống, chỉ cần thống kê một thông số giữa τ0 và μ, tương tự như cường độ hỏng hóc Độ sẵn sàng, ký hiệu là A, được xác định bằng thời gian sửa chữa sự cố Th Khi một phần tử bị hỏng, nó sẽ được sửa chữa và thay thế bằng phần tử dự trữ, cho phép hệ thống tiếp tục hoạt động.
Độ sẵn sàng (A) được tính bằng công thức A = T lv / (T lv + T h ), trong đó T lv là thời gian hoạt động và T h là thời gian không hoạt động Độ sẵn sàng phản ánh xác suất của phần tử ở trạng thái tốt và sẵn sàng phục vụ tại một thời điểm bất kỳ Thời gian ngừng điện công tác liên quan đến việc cắt điện để bảo trì lưới điện, được đặc trưng bởi số lần ngừng điện trong năm (λCT) và thời gian trung bình cho mỗi lần ngừng điện (TCT).
Phương pháp tính độ tin cậy cho lưới điện phân phối
Phương pháp Đồ thị - Giải tích được áp dụng trong luận văn để tính toán định lượng độ tin cậy cho xuất tuyến lưới điện phân phối Phương pháp này dựa trên phân tích sơ đồ đẳng trị của lưới điện, trong đó các phần tử được phân chia thành các phân đoạn, được xác định ranh giới bởi các thiết bị đóng cắt như máy cắt hoặc dao cách ly Trong từng phân đoạn, các khách hàng sử dụng điện được coi là có trạng thái vận hành chung, tức là cùng mất điện hoặc cùng có điện Các bước tính toán cụ thể sẽ được trình bày chi tiết trong nghiên cứu.
2.3.1 Lưới phân phối không phân đoạn
Sơ đồ lưới phân phối hình tia được thể hiện trên (Hình 2.3)
TBPĐ c) Đoạn lưới I, L I Đoạn lưới II, L II
Lưới phân phối hình tia không phân đoạn (Hình 2.3a) có nhược điểm là khi xảy ra hỏng hóc, sự cố hoặc ngừng điện tại bất kỳ vị trí nào, toàn bộ lưới phân phối sẽ bị mất điện Điều này cho thấy toàn bộ lưới phân phối hoạt động như một phần tử duy nhất Cường độ hỏng hóc của toàn lưới phân phối được tính bằng công thức: λ = λ SC 0 L.
Trong đó: λ0 - Cường độ hỏng hóc cho 100km
L - Độ dài lưới phân phối Cường độ ngừng điện tổng là:
Trong đó: λ0 - Cường độ ngừng điện công tác
Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm là:
Trong đó: TSC - Thời gian sửa chữa sự cố
Thời gian ngừng điện công tác là:
Trong đó: TCT - Thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác
Tổng thời gian ngừng điện là:
Công suất và thời gian sử dụng công suất lớn nhất của toàn lưới phân phối là: max maxi
∑ (2.12) Điện năng mất do sự cố:
A = 8760 (2.13) Điện năng mất do ngừng điện công tác là:
2.3.2 Lưới phân phối phân đoạn Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn bằng thiết bị đóng cắt có thể là: dao cách ly hoặc máy cắt điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa
Khi xảy ra sự cố tại một phân đoạn trong hệ thống phân phối điện, máy cắt đầu nguồn sẽ tự động ngắt toàn bộ lưới phân phối Dao cách ly phân đoạn sẽ được sử dụng để cô lập phần tử gặp sự cố, ngăn chặn ảnh hưởng đến nguồn điện Sau khi xử lý sự cố, nguồn điện sẽ được khôi phục, tiếp tục cung cấp điện cho các phân đoạn phía trước phân đoạn bị sự cố.
Khi xảy ra sự cố tại một phân đoạn, phụ tải của phân đoạn đó và các phân đoạn được cấp điện qua nó sẽ bị mất điện trong suốt quá trình sửa chữa Ngược lại, phụ tải của các phân đoạn nằm trước sự cố, gần nguồn điện, chỉ mất điện trong thời gian thao tác cô lập phần tử gặp sự cố.
Khi xảy ra sự cố với một phần tử trong quá trình phân đoạn bằng máy cắt, máy cắt sẽ tự động cắt và cô lập phần tử gặp sự cố từ đầu phần tử đó Các phần tử trước phần tử sự cố sẽ không bị ảnh hưởng, đảm bảo tính liên tục trong hệ thống.
Giải pháp phân đoạn giúp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối và giảm thiểu tổn thất kinh tế do mất điện, tuy nhiên đòi hỏi đầu tư vốn Vì vậy, phân đoạn trở thành một bài toán tối ưu, trong đó cần xác định số lượng, vị trí và loại thiết bị phân đoạn để đạt được hiệu quả kinh tế tối ưu nhất.
Để tính toán độ tin cậy của lưới phân phối phân đoạn, cần đẳng trị các đoạn lưới thành những đoạn chỉ có một phụ tải bằng cách sử dụng các công thức tính (2.11) và (2.12) Các thông số độ tin cậy đẳng trị của các đoạn lưới được tính theo công thức (2.6) đến (2.10) Hình 2.3b minh họa lưới phân phối phân đoạn gồm hai phân đoạn, trong khi Hình 2.3c thể hiện lưới phân phối đẳng trị tương ứng Đoạn lưới I đứng trước đoạn lưới II tính từ nguồn.
Đoạn lưới I có thể gặp sự cố ngừng điện, nguyên nhân có thể xuất phát từ hỏng hóc của chính đoạn lưới này hoặc do ảnh hưởng từ sự cố xảy ra ở đoạn lưới phía sau.
- Đoạn I có cường độ ngừng điện là λ’1 và thời gian ngừng điện năm là T’1
(nếu là ngừng điện sự cố hay ngừng điện công tác thì dùng các công thức tương ứng để tính)
- Ảnh hưởng của sự cố trên các đoạn lưới sau nó, ở đây là đoạn II, ảnh hưởng này phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn
+ Nếu dùng máy cắt thì đoạn II hoàn toàn không ảnh hưởng đến đoạn I: λII>I = 0; T II>I = 0
Nếu sử dụng dao cách ly, sự cố đoạn II sẽ làm ngừng điện đoạn I trong quá trình thao tác cô lập sự cố Ttt Do đó, λII lớn hơn I, và λ’II cũng lớn hơn I, trong khi thời gian T II lớn hơn T tt.
Tổng số lần ngừng điện và thời gian ngừng điện của đoạn lưới I được xác định bởi công thức λI = λ’I + λII>I và T1 = T’1 + TII>I Đối với đoạn lưới II, việc ngừng điện có thể xảy ra do sự cố trực tiếp tại đoạn II hoặc do ảnh hưởng từ sự cố tại các đoạn lưới trước và sau đó, trong trường hợp này chỉ có đoạn I ở phía trước.
- Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới II là λ’II và thời gian ngừng điện nằm là T’ II
Ảnh hưởng của đoạn I đến đoạn II là hoàn toàn, không phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn Điều này có nghĩa là đoạn II sẽ chịu tác động về cường độ hỏng hóc và thời gian ngừng điện từ đoạn I, được biểu thị bằng công thức: λI>II = λ’I; T I>II = T’ 1.
- Tổng số lần ngừng điện và tổng thời gian ngừng điện của đoạn lưới II là: λII= λ’II+ λ’I; T II = T’ II + T’ I
Do đó có thể rút ra kết luận chung như sau:
Các đoạn lưới phía sau hoàn toàn chịu ảnh hưởng từ các đoạn lưới phía trước, trong khi đó, các đoạn lưới phía trước chỉ chịu ảnh hưởng một phần từ các đoạn lưới phía sau Mức độ ảnh hưởng này còn tùy thuộc vào thiết bị phân đoạn sử dụng.
Trong tính toán trên bỏ qua hỏng hóc của thiết bị phân đoạn và sử dụng thiết bị phân đoạn không phải bảo dưỡng định kỳ
Sau khi tính được TI và T II thì điện năng mất sẽ tính theo (2.13) và (2.14).
Công cụ tính toán đánh giá độ tin cậy
Bài viết này trình bày phương pháp và công cụ để tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối hình tia, với khả năng xử lý số lượng nhánh và nút tùy ý.
2.4.1 Mô ph ỏng cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn Lưới phân phối trung áp cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp TA/0,4kV Lưới phân phối có thể có cấu trúc hình cây hoặc mạch kín nhưng khi vận hành sẽ cắt ra để vận hành hở Có nghĩa là khi vận hành lưới phân phối chỉ được cấp điện từ một phía
Cấu trúc của lưới điện được mô tả cho máy tính bằng các nhánh và nút Nút có thể là:
- Điểm đấu phụ tải bao gồm cả máy biến áp phân phối;
- Điểm nối các nhánh rẽ;
- Điểm nối hai đoạn đường dây có tiết diện hay loại dây khác nhau;
- Điểm đấu tụ bù ngang;
- Điểm đấu kháng điện, tụ bù dọc, thiết bị đóng cắt
Các nút được đánh số từ 1 tới N Nút nguồn đánh số 0, số nhỏ gần nguồn hơn số lớn
Nhánh là đoạn lưới hay phần tử lưới nối giữa hai nút kề nhau Nhánh có thể là:
- Đường dây điện trên không hoặc cáp;
- Kháng điện, tụ bù dọc;
Nhánh được đánh số trùng với nút cuối của nó
Cấu trúc của lưới phân phối được nhận dạng đầy đủ nếu cho biết nhánh và nút đầu, nút cuối của mỗi nhánh
Cặp thông số nút dầu NĐ(i) và nút cuối NC(j) của nhánh j được cho như sau:
Đầu tiên, hãy đánh số các nút trong lưới điện từ nút nguồn đến nút tải cuối cùng, với nút nguồn được gán số 0 Các nút gần nguồn sẽ có số nhỏ hơn, trong khi các nút xa hơn sẽ có số lớn hơn Lưới phân phối hình tia có số lượng nút và nhánh bằng nhau, cả hai đều bằng N.
Đánh số nhánh theo quy tắc trùng với nút cuối giúp máy tính dễ dàng hiểu mối quan hệ giữa các nhánh và nút Chẳng hạn, khi biết một nhánh có chỉ số I với NĐ(i) và NC(i), ta có thể xác định nhánh cấp điện cho nhánh này là j = NĐ(i) Đồng thời, nhánh này cũng cung cấp điện cho nhánh k có nút đầu là NĐ(k) = NC(i) = i.
Mô tả lưới phân phối theo cấu trúc ngược được thực hiện cho một đơn vị lưới phân phối, bao gồm toàn bộ lưới trực thuộc một trạm trung gian hoặc khu vực Để phân tích đồng thời lưới phân phối của nhiều trạm nguồn, cần tạo một nút nguồn giả với độ dài 0 km và kết nối nó với các nguồn thật được đánh số từ 1, 2, 3… thông qua các đoạn lưới giả có độ dài 0 km.
Ví dụ, cho lưới phân phối như trên hình 2.2, ta có số nút và nhánh như sau:
Cấu trúc lưới phân phối có thể được mô tả bằng vector NĐ(i) khi hai hàng đầu có giá trị bằng nhau Để phân tích độ tin cậy của từng nhánh và nút, cần xác định các thông số quan trọng như công suất phụ tải tối đa Pmax và thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax.
- Cường độ hỏng hóc λ0, 1/100 km.năm;
- Thời gian phục hồi sự cố t0, h;
- Độ dài lưới diện l, km;
- Thiết bị đóng cắt được cho bởi các thông số:
+ K(i) = 1 không có thiết bị đóng cắt hoặc thiết bị đóng cắt là dao cách ly + K(i) = 0 thiết bị đóng cắt là máy cắt
+ M(i) = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt
+ M(i) = 1 nếu có thiết bị đóng cắt
+ Nếu là dao cách ly thì cho thời gian thao tác là tc tính theo giờ, nếu là máy cắt thì tc = 0
+ M(i) dùng để đẳng trị lưới phân phối
Thiết bị phân đoạn được lắp đặt ở đầu các đoạn lưới để bảo vệ các đoạn phía trước khỏi bị cắt điện khi xảy ra sự cố ở các đoạn phía sau Máy cắt có khả năng tự động cắt điện khi có sự cố, giúp duy trì nguồn điện cho các đoạn lưới phía trước Ngược lại, dao cách ly không có khả năng tự động đóng cắt, do đó khi xảy ra sự cố, máy cắt gần nhất sẽ thực hiện cắt điện, và dao cách ly sẽ được điều khiển để cô lập đoạn lưới bị sự cố Tất cả các đoạn lưới phía trước dao cách ly sẽ chịu ảnh hưởng về số lần và thời gian mất điện cho đến khi sự cố được xử lý Thời gian mất điện này được gọi là thời gian thao tác tC Do đó, dù sử dụng dao cách ly hay máy cắt, đoạn lưới phía sau vẫn chịu ảnh hưởng toàn phần từ sự cố xảy ra ở đoạn lưới phía trước.
2.4.2 Các ch ỉ tiêu độ tin cậy cần tính a) Số lần cắt điện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối TA/HA:
Trong đó: SLPi - số lần cắt điện trạm phân phối i trong một năm
N1 - số trạm phân phối thuộc lưới phân phối được tính b) Thời gian cắt điện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm:
Trong đó: t hPi - thời gian cắt điện một trạm phân phối một năm
38 c) Điện năng mất của toàn lưới phân phối:
2.4.3 Phương pháp tính chung chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối được cấp điện bởi một nguồn a) Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn Độ dài đẳng trị của m đoạn lưới liền nhau thành đoạn lưới j là: m j i i 1 l l
Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới i là: i 1 j 0i
Cường độ hỏng hóc của lưới đẳng trị j là: m j i i 1 = λ =∑λ (2.20)
Thời gian phục hồi trung bình của đoạn lưới j là: m
Tổng phụ tải do đoạn lưới j cấp điện khi hệ số đồng thời bằng 1 là: m maxj maxi i 1
Hình 2.4.Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối
Cường độ hỏng hóc λj đại diện cho cường độ hỏng hóc của tất cả các trạm phân phối i, vì khi lưới j bị mất điện, các trạm phân phối i cũng sẽ bị ảnh hưởng Do đó, mối quan hệ giữa cường độ hỏng hóc của lưới và các trạm phân phối được thể hiện qua công thức λPj = λj.
Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối trên (Hình 2.4) trong đó nhánh 5 nhập vào nhánh 1, nhánh 6 nhập vào nhánh 2, nhánh 7 nhập vào nhánh 3 b) Tính ma trận ảnh hưởng
Số lần cắt điện SL(i) và thời gian cắt điện th(i) của mỗi đoạn lưới là do hai nguyên nhân:
- Hỏng hóc bản thân đoạn lưới
Hỏng hóc của các đoạn lưới trong hệ thống phân phối có thể gây ra ảnh hưởng đáng kể, được chia thành hai loại chính tùy thuộc vào vị trí tương đối giữa các đoạn lưới Những hỏng hóc này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của lưới mà còn có thể dẫn đến sự gián đoạn trong việc cung cấp điện năng.
Loại 1 bao gồm các đoạn lưới nằm trên đường nối từ nguồn đến đoạn lưới xét Ảnh hưởng này là toàn phần, đoạn lưới xét ngừng điện đúng bằng đoạn lưới ảnh hưởng
Loại 2 là các đoạn lưới còn lại nằm ngoài đường nối; đó là ảnh hưởng không toàn phần, phụ thuộc vào tính chất của các thiết bị phân đoạn chia cắt đoạn lưới ảnh hưởng với đoạn lưới xét, hoặc với các đoạn lưới trên đường nối của đoạn lưới xét
Trong lưới phân phối có N đoạn, mối ảnh hưởng giữa chúng được thể hiện qua hai ma trận AS(i,j) và AH(i,j) Ma trận AS(i,j) mô tả ảnh hưởng của các đoạn lưới đối với nhau.
Ma trận 40 thể hiện số lần cắt điện giữa đoạn lưới i và đoạn lưới j, trong khi ma trận AH(i,j) phản ánh ảnh hưởng của thời gian cắt điện từ đoạn lưới i đến đoạn lưới j.
Các phần tử của hai ma trận được tính như sau:
- Ảnh hưởng của đoạn lưới j đến chính nó:
- Ảnh hưởng của các đoạn lưới k nằm trên đường nối 0 - j từ nguồn đến đoạn lưới j (cũng là nút j):
- Ảnh hướng của các đoạn lưới i còn lại nằm ngoài đường nối nhưng nối vào đoạn lưới z trên đường nối 0 - j:
- Ảnh hưởng của các đoạn lưới còn lại nằm ngoài đường nối và cũng không nối vào đoạn lưới z trên đường nối 0 - j:
K(a), K(b) chỉ thông số của các thiết bị phân đoạn trên các đoạn lưới a, b,
… nối giữa đoạn lưới i và đoạn lưới j
Khi K(a).K(b)…K(i) = 1, điều này cho thấy hỏng hóc ở đoạn lưới i sẽ dẫn đến ngừng điện ở đoạn lưới j Ngược lại, khi K(a).K(b)…K(i) = 0, hỏng hóc ở đoạn lưới i không ảnh hưởng đến việc cung cấp điện cho đoạn lưới j, nhờ vào sự hiện diện của ít nhất một máy cắt giữa chúng Việc này giúp tính toán chỉ tiêu độ tin cậy của các đoạn lưới.
