đánh giá độ tin cậy và các giải pháp nâng cao độ tin cậy - áp dụng đánh giá độ tin cậy lưới điện trung áp tỉnh tuyên quang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
*





TỐNG THANH QUANG





ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC GIẢI PHÁP
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY - ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN
CẬY LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH TUYÊN QUANG






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

THÁI NGUYÊN - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
*





TỐNG THANH QUANG





ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC GIẢI PHÁP
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY - ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN
CẬY LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH TUYÊN QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN





NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS - TS Trần Bách







THÁI NGUYÊN - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan công trình nghiên cứu này là của tôi. Các số liệu và kết quả nghiên
cứu được nêu trong luận văn là trung thực và chưa ai được công bố trong các công trình
khác.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các tác giả của công trình nghiên cứu, các tác

giả của các tài liệu nghiên cứu mà tôi trích dẫn và tham khảo để hoàn thành luận văn này.
Đặc biệt, tôi vô cùng cảm ơn PGS. TS Trần Bách đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện nghiên cứu.

Tuyên Quang, tháng 8/2010
Tác giả



Tống Thanh Quang



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


MỤC LỤC


Trang
Danh mục các bảng, biểu.
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.
Lời nói đầu………………………………………………………………………………………


1
Chƣơng 1: Tổng quan về độ tin cậy của lƣới điện phân phối………….
4
1.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối………………………………….…
4

1.1.1. Định nghĩa và phân loại
4
1.1.2. Phần tử của lưới điện phân phối
6
1.1.3. Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối
8
1.1.4. Đặc điểm của lưới điện phân phối miền Bắc
10
1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện
12
1.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy
12
1.2.2. Độ tin cậy của hệ thống
13
1.2.3. Độ tin cậy của phần tử
13
1.2.3.1. Phần tử không phục hồi
13
1.2.3.2. Phần tử phục hồi
17
1.3. Các phƣơng pháp đánh giá độ tin cậy
22
1.3.1. Phương pháp đồ thị giải tích
22
1.3.2. Phương pháp không gian trạng thái
23
1.3.3. Phương pháp cây hỏng hóc
25
1.3.4. Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo
25

1.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lƣới điện phân phối
26
1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ tin cậy của lƣới điện phân phối
29
Chƣơng 2: Phƣơng pháp phân tích - Tính toán độ tin cậy của lƣới điện phân
phối
30
2.1. Phân phối xác suất của chỉ số tin cậy
30
2.2. Các sơ đồ lƣới điện dùng để tính toán độ tin cậy
31
2.2.1. Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn
33
2.2.2. Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì
35
2.2.3. Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở
39
2.2.4. Hệ thống song song
43
2.3. Xây dựng bài toán tính toán đánh giá độ tin cậy
46
2.3.1. Đẳng trị lưới phân phối thành sơ đồ tương đương
47
2.3.2. Mô tả lưới phân phối theo cấu trúc ngược
49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trang
2.3.3. Tính ma trận ảnh hưởng
50
2.3.4. Thuật toán ma trận đường nối
52
2.3.5. Thuật toán tính ma trận ảnh hưởng
53
2.3.6. Chương trình tính toán
54
Chƣơng 3: Tính toán - đánh giá - phân tích độ tin cậy của lƣới điện phân phối
Tỉnh Tuyên Quang
55
3.1. Giới thiệu tổng quát về lƣới điện phân phối tỉnh Tuyên
Quang
55
3.1.1. Nguồn điện
55
3.1.2. Lưới điện trung áp
56
3.2. Tính toán độ tin cậy lƣới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang
59
3.2.1. Lựa chọn một số xuất tuyến để đưa vào tính toán…………
59
3.2.2. Các số liệu đưa vào tính toán………………………………………
61
3.2.3. Kế quả đẳng trị sơ đồ lưới điện của các xuất tuyến………
62
3.2.4. Kết quả tính toán độ tin cậy…………………… …………………
65
3.2.5. Các chỉ tiêu độ tin cậy bổ sung……………………………………

68
3.3. Đánh giá độ tin cậy lƣới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang……
68
3.3.1. Hiện trạng độ tin cậy của lưới điện phân phối………………
68
3.3.2. Tính thiết hại kinh tế của lưới điện phân phối……………….
70
3.3.3. Đánh giá chung về độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên
Quang.………………………………………………………………………………………
72
Chƣơng 4: Áp dụng một số giải pháp nâng cao độ tin cậy lƣới điện phân phối
Tỉnh Tuyên Quang
76
4.1. Tính chọn vị trí để lắp đặt thêm thiết bị phân đoạn…… …
76
4.2. Lắp đặt thêm một số cầu dao phụ tải và máy cắt phân đoạn…
80
4.2.1. Lắp đặt thêm một số cầu dao phụ tải……………………………
81
4.2.2. Lắp đặt thiết bị phân đoạn bằng máy cắt Recloser… ……
81
4.2.3. Sử dụng trạm biến áp có thời gian phục hồi nhanh…….…
82
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC BẢNG - BIỂU

Trang
Bảng 2.1: Xác suất xuất hiện số lần mất điện………………………………… …
30
Bảng 2.2: Thông số của hệ thống
34
Bảng 2.3: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải
34
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.1
34
Bảng 2.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.2
36
Bảng 2.6: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.3
37
Bảng 2.7: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.4
39
Bảng 2.8: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.5 trong trường
hợp không hạn chế công suất chuyển tải
40
Bảng 2.9: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.5 trong trường
hợp hạn chế công suất chuyển tải
42
Bảng 2.10: Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ hình 2.1 đến hình
2.5
42
Bảng 2.11: Dữ liệu về độ tin cậy của hệ thống hình 2.6
46

Bảng 3.1: Công suất các trạm biến áp 110 tỉnh Tuyên Quang
55
Bảng 3.2: Công suất các trạm biến áp trung gian tỉnh Tuyên Quang
56
Bảng 3.3: Số lượng xuất tuyến của các trạm 110kV và trạm trung gian
58
Bảng 3.4: Số liệu đẳng trị lưới điện của xuất tuyến 375 E14.1 Tuyên Quang….
62
Bảng 3.5: Số liệu đẳng trị lưới điện của xuất tuyến 373 E14.2 Chiêm Hoá……
63
Bảng 3.6: Số liệu đẳng trị lưới điện của xuất tuyến 972 Hưng Thành…
63
Bảng 3.7: Số liệu đẳng trị lưới điện của xuất tuyến 973 Gò Chẩu………
64
Bảng 3.8: Số liệu đẳng trị lưới điện của xuất tuyến 973 Sơn Dương…….
64
Bảng 3.9: Kết quả tính toán độ tin cậy của xuất tuyên 375 E14.1 Tuyên Quang
65
Bảng 3.0: Kết quả tính toán độ tin cậy của xuất tuyên 373 E14.2 Chiêm Hoá
65
Bảng 3.11: Kết quả tính toán độ tin cậy của xuất tuyên 972 Hưng Thành………
66
Bảng 3.12: Kết quả tính toán độ tin cậy của xuất tuyên 973 Gò Chẩu…
67
Bảng 3.13: Kết quả tính toán độ tin cậy của xuất tuyên 973 Sơn Dương
67
Bảng 3.14: Các chỉ tiêu độ tin cậy mất điện sự cố……………………………….
68
Bảng 3.15: Các chỉ tiêu độ tin cậy mất điện công tác sửa chữa…………….
68

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Trang
Bảng 3.16: Kết quả tính toán thiệt hại do mất điện…………………………
70
Bảng 3.17: Phân loại sự cố vĩnh cửu năm 2008 của lưới điện tỉnh Tuyên Quang…….
73
Bảng 4.1. Kết quả độ tin cậy của xuất tuyến 375 E14.1 khi có lắp DCL
76
Bảng 4.2. Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 375 E14.1 khi có lắp DCL…
77
Bảng 4.3. Kết quả độ tin cậy của xuất tuyến 373 E14.2 khi có lắp DCL………
77
Bảng 4.4. Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 373 E14.2 khi có lắp DCL….
78
Bảng 4.5. Kết quả độ tin cậy của xuất tuyến 972 Hưng Thành khi có lắp DCL………
78
Bảng 4.6. Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 972 Hưng Thành khi có lắp DCL
79
Bảng 4.7. Kết quả độ tin cậy của xuất tuyến 973 Gò Chẩu khi có lắp DCL…
79
Bảng 4.8. Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 973 Gò Chẩu khi có lắp DCL………
80
Bảng 4.9. Kết quả độ tin cậy của xuất tuyến 973 Sơn Dương khi có lắp DCL
80
Bảng 4.10. Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 973 Sơn Dương khi có lắp DCL
81

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hàm tin cậy R(t)………………………………………………………………
15
Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc (t)………………………………………………
16
Hình 1.3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái
18
Hình 1.4: Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử………………………….
21
Hình 1.5: Sơ đồ nối tiếp
23
Hình 1.6: Sơ đồ song song
23
Hình 1.7: Sơ đồ hỗn hợp
23
Hình 2.1: Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn……………………………
33
Hình 2.2: Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu…
35
Hình 2.3: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ bảo vệ
bằng cầu chì……………………………………………………………………….
37
Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt…………………
38
Hình 2.5: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở………………………………………….
40
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống lưới điện song song…………………………………….
44
Hình 2.7: Thuật toán tìm ma trận đường nối……………………………………….
52

- 1 -

LỜI NÓI ĐẦU

Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện
năng đến các hộ tiêu thụ, trong đó phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng
điện năng theo quy định và độ tin cậy cung cấp điện cung cấp điện hợp lý. Độ
tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điện năng là hai chỉ tiêu quan trọng
để đánh giá về một hệ thống điện, mọi nghiên cứu, tính toán, các kỹ thuật và
công nghệ áp dụng cho một hệ thống điện đều với mục đích đảm bảo hai chỉ
tiêu này. Khi quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ
thống điện được phát triển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.
Quá trình quy hoạch hệ thống điện được thể hiện trong phân bố và dự trữ
công suất nguồn, công suất dự phòng, kết cấu lưới nhằm đảm bảo độ tin cậy
cần thiết. Việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện ngày càng được chú ý,
rất nhiều công trình nghiên cứu đã cho phép đưa ra các thuật toán hiệu quả
giải quyết triệt để việc tính toán độ tin cậy hệ thống điện và được áp dụng tính
toán cho các lưới điện có cấu trúc khá phức tạp.
Lưới điện trung áp cấp điện trực tiếp cho các phụ tải chiếm khối lượng
đầu tư lớn (khoảng 15% tổng vốn đầu tư), tổn thất trên lưới điện này rất lớn.
Đặc biệt ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV lấy qua các trạm trung gian
35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải(khoảng 40-50% tổn
thất của hệ thống điện), độ tin cậy cung cấp điện kém, thường xuyên xẩy ra sự
cố, hỏng hóc cần được tính toán, đề nghị sử dụng các biện pháp nâng cao
độ tin cậy đảm bảo các tiêu chuẩn điện năng theo quy định.
Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài "Đánh giá độ tin cậy của
lưới điện trung áp, các biện pháp nâng cao độ tin cậy. Áp dụng đánh giá độ
tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang"
Phạm vi của đề tài: Nghiên cứu độ tin cậy lưới điện phân phối cung cấp
điện cho Tỉnh Tuyên Quang

- 2 -

Mục đích của đề tài: Trên cơ sở nghiên cứu xây dựng phương pháp tính
toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối, áp dụng để tính toán và
đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang trên cơ sở các
số liệu thống kê được từ thực tế vận hành. Phân tích những nguyên nhân ảnh
hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối nhằm đưa ra những giải pháp
nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang.
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Lý thuyết về độ tin cậy đã
được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cơ khí, viễn
thông, điện lực, các phương tiện vận tải Đối với hệ thống điện lý thuyết về
độ tin cậy đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc quy hoạch, xây dựng
và vận hành. Việc nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của
lưới phân phối là rất cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin
cậy của lưới điện phân phối nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội.
Nội dung của đề tài là xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậy lưới
điện phân phối và áp dụng tính toán chọn lọc một số xuất tuyến của lưới điện
phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Từ kết quả tính toán sẽ đánh giá độ tin cậy của
lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang so với các tỉnh khác trong khu vực
miền Bắc, từ đó đi sâu phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin
cậy của lưới điện phân phối. Đưa ra những giải pháp cụ thể nhằm nâng cao độ
tin cậy của lưới điện phân phối.
Trong phạm vi đề tài, thực hiện các nội dung sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về độ tin cậy của lƣới điện phân phối.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp phân tính - Tính toán độ tin cậy của lƣới
điện phân phối.
Chƣơng 3: Tính toán - đánh giá - phân tích độ tin cậy của lƣới điện
phân phối Tỉnh Tuyên Quang.
- 3 -

Chƣơng 4: Áp dụng một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lƣới
điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang.
Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực của bản thân, tác giả đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thầy, các Cô trong bộ
môn Hệ thống điện - Khoa Điện và Khoa đào tạo Sau đại học Trường Đại học
Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu
đáo của thầy PGS.TS Trần Bách.
Mặc dù đã rất cố gắng, xong do hạn chế về trình độ, kiến thức, thời gian
thực hiện nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, khiếm khuyết,
em rất mong nhận được sự chỉ bảo, bổ xung của các Thầy, Cô.
Em xin chân thành cảm ơn !
















- 4 -

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1. Tổng quan về lƣới phân phối.
1.1.1. Định nghĩa và phân loại.
Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ
phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái
của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải.
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo chất lượng
điện năng và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do
điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ
thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối.
Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp.
Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và
35kV. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay
220/110V.
Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:
- Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ
yếu là điện áp).
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho
phụ tải. Tỷ lệ điện năng bị mất (điện năng mất/tổng điện năng phân phối) do
ngừng điện được thống kê như sau:
+ Do ngừng điện lưới 110kV trở lên : (0,1 - 0,3)x10
-4
.
+ Do sự cố lưới điện trung áp : 4,5x10
-4
.
+ Do ngừng điện kế hoạch lưới trung áp: 2,5x10
-4

.
+ Do sự cố lưới điện hạ áp : 2,0x10
-4
.
- 5 -

+ Do ngừng điện kế hoạch lưới hạ áp : 2,0x10
-4
.
Điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong lưới phân phối
chiếm 98%. Ngừng điện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân trung áp có ảnh
hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội.
- Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50%
của hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới
truyền tải).
- 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.
- Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện
cũng rất quan trọng.
Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ:
+ Lưới phân phối thành phố.
+ Lưới phân phối nông thôn.
+ Lưới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên không.
+ Lưới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn.
+ Lưới phân phối kín vận hành hở.

+ Hệ thống phân phối điện.
Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới điện phân phối nên lưới phân phối
được quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành. Các tiến bộ
khoa học thường được áp dụng vào việc điều khiển vận hành lưới phân phối
trung áp. Sự quan tâm đến lưới phân phối trung áp còn được thể hiện trong tỷ
- 6 -

lệ rất lớn các công trình nghiên cứu khoa học được công bố trên các tạp chí
khoa học.
Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như
trong quy hoạch và vận hành lưới phân phối người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh
giá chất lượng lưới phân phối. Chất lượng lưới phân phối được đánh giá trên
3 mặt:
- Sự phục vụ đối với khách hàng.
- Ảnh hưởng tới môi trường.
- Hiệu quả kinh tế đối với cách doanh nghiệp cung cấp điện.
Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:
- Chất lượng điện áp.
- Độ tin cậy cung cấp điện.
- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất).
- Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn).
- Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến
đường dây thông tin).
Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực
tiếp đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối.
1.1.2. Phần tử của lƣới điện phân phối.
Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện).
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét

van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi
đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị
lọc sóng hài bậc cao.
- 7 -

- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản
kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng
nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên
đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,
- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa,
thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực
hiện,
Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất,
điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho
phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt, ) được chọn trên cơ sở tính toán
kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị
đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù, ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp
đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính
toán chế độ làm việc của lưới điện phân phối.
Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc.
Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều
khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải)
như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể
thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và
đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải.

Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần
tử của hệ thống điện.
- 8 -

Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận
hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế
khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử
lưới không làm việc để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất
công suất nhỏ nhất.
1.1.3. Cấu trúc và sơ đồ của lƣới điện phân phối.
Lưới điện phân phối bao gồm:
- Các phần tử tạo thành lưới điện phân phối.
- Sơ đồ lưới điện phân phối.
- Hệ thống điều khiển lưới điện phân phối.
Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận
hành.
+ Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ.
Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là
cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về
khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay
thế và vật liệu để sửa chữa.
Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng
thể là đủ đáp ứng nhu cầu, ta gọi phần đó là cấu trúc vận hành. Một cấu trúc
vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện.
Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và
các sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận
hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu
theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang
tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải
nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng

thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp
- 9 -

hơn so với cấu trúc vận hành bình thường. Trong chế độ vận hành sau sự cố
có thể xảy ra mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn
cao và khả năng thao tác thuận lợi.
+ Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay
đổi sơ đồ vận hành. Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới
phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện. Đó là lưới phân
phối hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc
máy cắt.
+ Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân
phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối
cắt điện để thao tác. Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở.
+ Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có
thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân
phối điện.
Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy
cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện
phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn
toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ
tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện
trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao
cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ.
- Theo quy hoạch cấu trúc lưới điện phân phối có thể chia thành:
+ Cấu trúc phát triển: Đó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang còn
tăng trưởng theo thời gian và trong không gian. Khi thiết kế quy hoạch lưới
này sơ đồ của nó được chọn theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển
trong tương lai.
- 10 -

+ Cấu trúc bão hoà: Đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện
cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian.
Đối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã
được tính toán tối ưu. Khi lưới phân phối bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải
của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ
tải cuối cùng của trạng thái bão hoà. Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ
phận bão hoà.
1.1.4. Đặc điểm của lƣới điện phân phối miền Bắc
Mạng lưới điện phân phối hiện nay bao gồm nhiều cấp điện áp: 35kV,
22kV, 10kV, 6kV bao gồm đường dây trên không và cấp ngầm. Trong đó lưới
điện 22kV chỉ mới được xây dựng tại một số tỉnh với khối lượng rất nhỏ.
Mạng lưới điện 35kV, 10kV, 6kV được sử dụng cả hai dạng: Đường dây cáp
ngầm, đường dây trên không ( đường dây cáp ngầm chủ yếu xây dựng trong
các thành phố ). Cả 3 hệ thống lưới điện 35kV, 10kV, 6kV đều thuộc loại lưới
điện trung tính không nối đất trực tiếp, đa số thiết kế theo mạng hình tia, liên
kết các đường dây còn yếu, độ linh hoạt kém, khi xẩy ra sự cố mất điện kéo
dài.
- Mạng lưới điện 35kV hiện có được thiết kế, sử dụng các thiết bị theo
tiêu chuẩn của Liên xô cũ. Cấp điện áp 35kV vừa làm nhiệm vụ truyền tải
điện thông qua các trạm trung gian 35/6-10kV vừa đóng vai trò phân phối cho
các phụ tải qua các trạm 35/0,4kV. Từ năm 1994, Bộ Năng Lượng ra quyết
định không xây dựng mới các trạm trung gian 35/6-10kV thì lưới 35kV làm
nhiệm vụ phân phối phát triểm mạnh ở các tỉnh miền núi: Nghệ An, Cao
Bằng, Lai Châu Lưới 35kV phù hợp với các vùng có bán kính lớn, phụ tải
rải rác ( vùng sâu, xa, miền núi ), sử dụng chủ yếu đường dây trên không loại
AC-35 đến AC-150 với đặc điểm là bán kính cấp điện tương đối dài (100 -
- 11 -

120km), nhiều đường dây 35kV là đường cấp điện độc đạo nên độ tin cậy

cung cấp điện không cao.
- Mạng lưới điện 10kV xuất hiện ở miền Bắc sau năm 1954, hiện nay
cùng với lưới 35kV. Lưới 10kV phát triển rộng khắp các xã, huyện, thành phố
ở miền Bắc, tập trung chủ yếu ở miền đồng bằng, trung du. Hiện tại, lưới điện
10kV có đường dây phát triển tương đối dài, dây dẫn chắp vá, dây dẫn chủ
yếu sử dụng AC-35, AC-50, AC-70 gây tổn thất công suất, tổn thất điện áp
lớn. Tương lai lưới 10kV sẽ được xoá bỏ, cải tạo sang lưới 22kV.
- Mạng lưới 6kV tồn tại từ thời Pháp thuộc và phát triển trong những
thời kỳ đầu của mạng lưới điện Việt Nam và được sử dụng tại các thành phố
lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định (cách đây 30- 40 năm). Ngoài ra lưới
điện 6kV còn phát triển tương đối mạnh ở Bắc Giang, Hà Tây, Phú Thọ,
Quảng Ninh, Tuyên Quang chủ yếu tập trung ở các thị xã, thị trấn. Lưới 6kV
hiện nay đã trở nên cũ nát, chắp vá không đủ khả năng truyền tải công suất tới
các hộ tiêu thụ điện, tỷ lệ tổn thât trên lưới cao, mức độ an toàn thấp. Dây dẫn
chủ yếu sử dụng loại AC-35 đến AC-120, có bán kính cấp điện lớn. Lưới 6kV
không phù hợp với sự gia tăng phụ tải, nhất là các thành phố lớn, trong tương
lai lưới 6kV sẽ được xoá bỏ và cải tạo sang lưới 22kV.
- Trạm biến áp phân phối miền Bắc: Trạm biến áp phân phối sử dụng các
cấp điện áp 35-10-6/0,4kV sử dụng các loại máy 3 pha với công suất đặt: 50,
100, 160, 180, 250, 320, 560, 630, 1000kVA Các tỉnh có lưới điện phát
triển sớm ở miền Bắc hầu như đều sử dụng các máy biến áp ba pha đặt trong
trạm xây hoặc sử dụng trạm bệt, có công suất đặt lớn: 320, 400, 560kVA, các
lưới mới xây dựng sử dụng các máy biến áp có công suất nhỏ 50, 75,
100kVA sử dụng kết cấu trạm treo trên hai cột bê tông ly tâm. Các trạm biến
áp này có bán kính phụ tải lớn, thường xuyên xẩy ra quá tải, gây sự cố mất
điện. Các trạm biến áp đa số được cấp điện theo mạng hình tia, thiết bị cũ nát,
- 12 -

ít được duy tu bảo dưỡng nên khi xẩy ra sự cố thì thời gian mất điện thường
kéo dài.

1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện.
1.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy.
Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ
yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất
định [1].
Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể,
trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định.
Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng
thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay
phần tử.
Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng
thống kê, do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm
việc trong quá khứ của hệ thống hay phần tử.
Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử
của nó, khái niệm khoảng thời gian không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống
làm việc liên tục. Do đó độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợp hơn, đó là
độ sẵn sàng.
Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn
sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ.
Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm
bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng
thời gian hoạt động.
Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ
thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng.
1.2.2. Độ tin cậy của hệ thống.
- 13 -

Như đã giới thiệu ở phần trên, hệ thống điện là một hệ thống phức tạp,
gồm nhièu phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp.
Hệ thống điện thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh

thổ. Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp
điện cho từng vùng hoặc toàn hệ thống. Có thể chia thành 4 nhóm nguyên
nhân gây mất điện như sau:
- Do thời tiết: Giông sét, lũ lụt, mưa, bão, lốc xoáy,
- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện.
- Do hoạt động của hệ thống:
+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải,
+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện.
- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào
đất, hoả hoạn, phá hoại,
Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố
nguy hiểm và lan rộng do lụt, bão, khi đó các đơn vị điện lực không đủ người,
phương tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa
lý rộng lớn và phức tạp.
1.2.3. Độ tin cậy của phần tử.
Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết định độ tin cậy của hệ thống.
Các khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống. Do
đó nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều
rất cần thiết. Ở đây sẽ xét cụ thể độ tin cậy của phần tử phục hồi và phần tử
không phục hồi.
1.2.3.1. Phần tử không phục hồi.
Phần tử phục hồi chỉ làm việc đến phần hỏng đầu tiên. Thời gian làm
việc của phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng hay còn gọi là thời
- 14 -

gian phục vụ T là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là
ngẫu nhiên không biết trước.
Ta có hàm phân bố là F
T
(t) 1:

F
T
(t) = P (T  t) (1.1)
P (T  t) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 đến thời điểm t
bất kỳ; t là biến số. Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trước hoặc đúng thời
điểm t.
Hàm mật độ là f
T
(t) 1:
)(
1
)(
lim
0
ttTtP
t
tf
t
T




(1.2)
f
T
(t). t là xác suất để thời gian phục hồi T nằm trong khoảng (t, t + t)
với t đủ nhỏ.
Theo lý thuyết xác suất ta có:



t
T
dt
T
t
t
f
F
0
.)(
)(
(1.3)
dt
t
tf
dF
T
T
)(
)( 

Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng cơ bản của mỗi đại lượng
ngẫu nhiên. Bây giờ ta xét các đại lượng cơ bản khác đặc trưng cho độ tin cậy
của phần tử.
- Độ tin cậy R(t).
Theo định nghĩa độ tin cậy thì hàm tin cậy R(t) có dạng:
R(t) = P (T  t) (1.4)
P (T > t) là xác suất để thời gian phục vụ lớn hơn t, cũng tức là hỏng hóc
xảy ra ở sau thời điểm t.

So sánh (1.1) và (1.4) ta có:
R(t) = 1 - F
T
(t) (1.5)
- 15 -

Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 đến 0 (Hình 1.1).







Hình 1.1: Hàm tin cậy R(t)
- Cường độ hỏng hóc

(t).
Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với t đủ nhỏ thì chính là
xác suất để phần tử đã phục vụ đến thời điểm (t).t sẽ hỏng trong khoảng
tiếp theo [3].

)(1
)(
)(
)(
)(
t
t
tR

t
t
F
ff
T
TT



(1.6)
Công thức (1.6) cho quan hệ giữa các đại lượng: Hàm phân bố, hàm mật
độ, độ tin cậy và cường độ hỏng hóc.
Nếu lấy logarit của R(t) rồi đạo hàm theo t, sẽ được [1].



t
dtt
etR
0
)(
)(

(1.7)
Công thức (1.7) là công thức cơ bản cho phép tính được độ tin cậy của
phần tử khi biết cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc được xác
định nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử.
Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:
(t) =  = hằng số.
Do đó:

R(t) = e
-t
; F
T
(t) = 1 - e
-t
; f
T
(t) = .e
-t
(1.8)
1
0
t
F
T
(t)
R(t)
F(t)
R(t)
- 16 -

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ.
Thời gian làm việc trung bình [1]:



000
).(
)(

.).(. dttRdt
dt
tdR
tdttft
T
LV
T

Với (t) = hằng số; R(t) = e
-t
do đó:


1

T
LV
(1.9)
Công thức (1.9) cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường độ hỏng
hóc của các phần tử có luật phân bố mũ.
Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mô tả nhờ hoặc là (t) hoặc
là R(t).
Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, (t) có dạng hình chậu (Hình
1.2a), có thể chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:
- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng do
các khuyết tật khi lắp ráp, (t) giảm dần (thời kỳ chạy roda).
- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: (t) là hàng số.
- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi, (t) tăng dần.

(t)

tb
t

(t)
I
II
III
t

Thời điểm
bảo dưỡng
(a)
(b)
Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc

(t)
- 17 -

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phần tử này có các
bộ phận luôn bị già hóa, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp
dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị

quanh một giá trị trung bình 
tb
(Hình 1.2b),
Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như
(t) là hằng số và bằng 
tb
để tính toán độ tin cậy.
1.2.3.2. Phần tử phục hồi.
a. Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi

= 0
Trong thực tế, đây là các phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng
phần tử mới (ví dụ như MBA). Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái
tốt. Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:
Thông số của dòng hỏng hóc (t) [1]:
P
t
t
t



1
)(
lim
0

(hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + t) (1.10)
So với định nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm
việc tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện

này luôn đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời.
Tương tự như (t) đại lượng (t).t là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong
khoảng (t, t + t).
Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc (t) là hằng số và bằng
cường độ hỏng hóc của phần tử: (t) =  [1].
Vì lý do này mà cường độ hỏng hóc và thông số của dòng hỏng hóc
thường hiểu là một, trừ các trường hợp riêng khi thời gian làm việc không
tuân theo luật mũ thì phải phân biệt.
b. Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi

.
Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc
và trạng thái hỏng (Hình 1.3).
- 18 -

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc
T
LV
, phần tử phần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng phải sửa chữa.
Sau thời gian sửa chữa xong , phần tử trở lại trạng thái làm việc.



a)




b)
Hình 1.3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng)

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như
mới. Ở đây cần hai hàm phân bố xác suất: Hàm phân bố thời gian phần tử ở
trạng thái làm việc F
LV
(t) và hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái hỏng
F
H
(t). Đó là sự khác nhau cơ bản giữa phần tử không phục hồi và phần tử
phục hồi (Đối với phần tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian
là đủ). Để đánh giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đại
lượng. Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục
hồi gồm:
- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm
phần tử có thể ở một trong hai trạng thái: Làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác
suất trạng thái làm việc P
LV
(t).
- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là P
h
(t).
- Thông số dòng hỏng hóc:
Trạng thái
H
t

T
LV
T
LV
T

LV






µ
LV

H
LV