Nghiên cứu phương pháp phân tích độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối điện, áp dụng phân tích độ tin cậy của lưới điện thị xã từ sơn, tỉnh bắc ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI









DƯƠNG VĂN NHUNG




NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðỘ TIN
CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
ðIỆN, ÁP DỤNG PHÂN TÍCH ðỘ TIN CẬY CỦA
LƯỚI ðIỆN THỊ XÃ TỪ SƠN - TỈNH BẮC NINH


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Chuyên ngành: ðiện khí hóa SXNN và nông thôn

Mã số: 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS - Trần Bách





HÀ NỘI - 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng
ñược công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn


Dương Văn Nhung

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Nghiên cứu phương pháp
phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân
tích ñộ tin cậy của lưới ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh” ñã ñược hoàn
thành. Trong thời gian thực hiện ñề tài, Tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự giúp ñỡ
quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS.TS Trần Bách
Bộ môn Hệ thống ñiện trường ðại học Bách Khoa Hà Nội ñã tận tình hướng
dẫn, giúp ñỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Cung cấp và
sử dụng ñiện, khoa Cơ - ðiện, trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, các cán
bộ chi nhánh ñiện lực thị xã Từ Sơn, ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho
tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên và
giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Dương Văn Nhung





Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN 3
1.1. Tổng quan về lưới phân phối 3
1.1.1. Khái niệm về lưới phân phối ñiện 3
1.1.2. ðặc ñiểm và phân loại lưới phân phối 3
1.2. Các phần tử trong lưới phân phối 4
1.3. Phương pháp phân phối ñiện trung áp và nối ñất trung tính cuộn
trung áp của máy biến áp nguồn 6
1.3.1. Phương pháp phân phối ñiện trung áp 6
1.3.2. Nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 7
1.4. Sơ ñồ lưới ñiện phân phối 9
1.4.1. Cấu trúc lưới ñiện phân phối 9
1.4.2. Sơ ñồ lưới ñiện phân phối trung áp trên không 11
1.4.3. Sơ ñồ phân phối cáp trung áp 13
1.4.4. Mạch liên nguồn 14
1.4.5. Mạng phân phối ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt 15
1.4.6. Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung 15

1.4.7. Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện 16
1.4.8. Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp 17
1.5. Trạm biến áp phân phối 18
1.6. Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của lưới phân phối
ñiện 18
CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN 19
2.1. Tổng quan về ñộ tin cậy cung cấp ñiện 19
2.1.1. Khái niệm chung về ñộ tin cậy 19
2.1.2. ðộ tin cậy của hệ thống 19
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iv
2.1.3. ðộ tin cậy của phần tử 20
2.1.4. ðộ tin cậy hợp lý 29
2.1.5. Tổn thất kinh tế do mất ñiện và ảnh hưởng của ñộ tin cậy ñến
cấu trúc của hệ thống ñiện 30
2.2. Chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy của lưới phân phối 31
2.2.1. Tần suất mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIFI (System
average 31
2.2.3. Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống, SAIDI 32
2.2.4. Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CAIDI 32
2.2.5. Tổng thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng, CTAIDI 32
2.2.6. ðộ sẳn sàng (không sẳn sàng) phục vụ trung bình, 33
2.2.7. Năng lượng không ñược cung cấp 33
2.2.8. ðiện năng trung bình không ñược cung cấp 33
2.2.9. Chỉ số mất ñiện khách hàng trung bình, ACCI 33
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy của lưới phân phối 34
2.3.1. ðộ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới ñiện 34
2.3.2. Cấu trúc lưới ñiện 34
2.3.3. Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành 34

2.3.4. Ảnh hưởng môi trường 34
2.3.5. Yếu tố con người 34
2.4. ðặc ñiểm của lưới phân phối 34
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðỘ TIN CẬY CỦA
LƯỚI ðIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 36
3.1. Các phương pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện 36
3.1.1. Phương pháp ñồ thị giải tích 36
3.1.2. Phương pháp không gian trạng thái 44
3.1.3. Phương pháp cây hỏng hóc 44
3.1.4. Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo 49
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

3.2. Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện 54
3.2.1. Phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối một nguồn 54
3.2.2. Phân tích ñộ tin cậy của lưới phân phối hai nguồn 69
3.3. Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của trạm biến áp 70
3.3.1. Khái quát chung 70
3.3.2. Dự trữ và thay thế máy biến áp 71
3.4. Kết luận 75
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH, ðÁNH GIÁ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP
ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN THỊ XÃ TỪ SƠN –
TỈNH BẮC NINH 76
4.1. Giới thiệu chung về lưới ñiện của thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh 76
4.2. Giao diện các chương trình tính toán ñộ tin cậy và giới thiệu chương
trình 77
4.3. Phân tích, ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối
ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh 80
4.3.1. Tính toán ñộ tin cậy lộ 271 80

4.3.2. Tính toán ñộ tin cậy lộ 272 82
4.3.3. Tính toán ñộ tin cậy lộ 273 85
4.3.4. Tính toán ñộ tin cậy lộ 274 88
4.4. Các ñề xuất và giải pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của
lưới phân phối ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh 92
4.4.1. Các ñề xuất nâng cao ñộ tin cậy 92
4.4.2. Giải pháp nâng cao ñộ tin cậy 95
4.5. Kết luận 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO: 99
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

MỞ ðẦU
Nhiệm vụ của hệ thống ñiện là sản xuất, truyền tải và phân phối ñiện năng
ñến các hộ tiêu thụ, trong ñó phải ñảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng ñiện
năng theo quy ñịnh và ñộ tin cậy cung cấp ñiện hợp lý. ðộ tin cậy cung cấp
ñiện cùng với chất lượng ñiện năng là hai chỉ tiêu quan trọng ñể ñánh giá về
một hệ thống ñiện, mọi nghiên cứu tính toán kỹ thuật và công nghệ áp dụng
cho một hệ thống ñiện ñều mục ñích ñảm bảo hai chỉ tiêu này. Khi quy hoạch
thiết kế và vận hành hệ thống ñiện, ñảm bảo hệ thống ñiện ñược phát triển tối
ưu và vận hành ñạt hiệu quả cao nhất.
ðiện năng có vai trò rất quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá và
phát triển kinh tế, xã hội của ñất nước. Do ñó ngành ñiện phải ñược phát triển
mạnh dể ñáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ñất nước, phụ tải ngày càng lớn
lên quan trọng lên, do ñó phát triển thêm các nhà máy ñiện và hoàn thiện lưới
ñiện ñang ñược tiến hành một cách nhanh chóng, cấp thiết, sao cho ñáp ứng
ñược sự phát triển không ngừng theo thời gian của phụ tải và ngày càng ñòi
hỏi cao về chất lượng ñiện năng và ñộ tin cậy cung cấp ñiện. Việc giải quyết

ñúng ñắn vấn ñề kinh tế - kỹ thuật từ thiết kế cũng như vận hành nhà máy
ñiện, hệ thống ñiện và lưới ñiện phải ñặc biệt quan tâm một cách triệt ñể. ðể
ñảm bảo có ñược các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế ñộ làm
việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố.
Lưới ñiện phân phối thường có các cấp ñiện áp là: 6KV, 10KV, 22KV,
35KV phân phối cho các trạm phân phối trung áp, hạ áp và phụ tải trung áp.
Các hộ tiêu thụ nhận trực tiếp thong qua các trạm biến áp phân phối nên khi
xảy ra bất kỳ sự cố nào trong lưới ñiện và trạm biến áp phân phối ñều ảnh
hưởng trực tiếp ñến các hộ tiêu thụ. ðể nâng cao ñộ tin cậy và tính liên tục
cung cấp ñiện cũng như dự phòng hợp lý. Luận văn chủ yến nghiên cứu tính
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2

toán ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối từ ñó ñưa ra các biện pháp
giảm thiệt hại về kinh tế và thời gian mất ñiện ñối với phụ tải.
Tên ñề tài: Nghiên cứu phương pháp phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện
của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện thị xã
Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh
Phạm vi của ñề tài: Nghiên cứu phương pháp phân tích ñộ tin cậy cung cấp
ñiện của lưới phân phối ñiện, áp dụng phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện thị xã
Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh.
Mục ñích của ñề tài: Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp
phân tích ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân phối và áp dụng các phương
pháp vào lưới ñiện cụ thể của thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về lưới phân phối, các
phương pháp nghiên cứu và tính toán ñộ tin cậy. Vận dụng kết quả nghiên
cứu, xây dựng phương pháp tính toán ñộ tin cậy của lưới phân phối và áp
dụng tính toán ñộ tin cậy của lưới phân phối thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh.
Trong phạm vi luận văn thực hiện các nội dung sau:

Chương 1: Khái quát về lưới phân phối ñiện
Chương 2: Khái quát về ñộ tin cậy cung cấp ñiện
Chương 3: Phương pháp phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện và trạm biến áp
Chương 4: Phân tích, ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới phân
phối ñiện thị xã Từ Sơn - tỉnh Bắc Ninh.
Trong luận văn này ñề cập ñến vấn ñề mang tính thực tiễn, các kết quả tính
toán dựa trên cơ sở số liệu thống kê từ lưới ñiện thực tế, các giải pháp ñề ra
dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn, phù hợp với ñiều kiện kinh tế hiện nay ở
các ðiện lực tỉnh. Thiết bị kỹ thuật sử dụng trong ñề tải này là những thiết bị
có sẵn trên thị trường thiết bị ñiện Việt Nam.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

3

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI ðIỆN

1.1. Tổng quan về lưới phân phối
1.1.1. Khái niệm về lưới phân phối ñiện
Lưới phân phối ñiện là một bộ phận của hệ thống ñiện làm nhiệm vụ phân
phối ñiện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà
máy ñiện cấp ñiện cho phụ tải.
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp ñiện cho phụ tải ñảm bảo chất lượng
ñiện năng và ñộ tin cậy cung cấp ñiện trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do
ñiều kiện kinh tế và kỹ thuật, ñộ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ
thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới ñiện phân phối.
Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp.
Cấp ñiện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và
35kV. Cấp ñiện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay
220/110V.
1.1.2. ðặc ñiểm và phân loại lưới phân phối

1.1.2.1. ðặc ñiểm
Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn ñến chỉ tiêu
kinh tế, kỹ thuật của hệ thống ñiện như:
- Trực tiếp cấp ñiện và ñảm bảo chất lượng ñiện năng cho phụ tải (chủ yếu là
ñiện áp).
- Giữ vai trò rất quan trọng trong ñảm bảo ñộ tin cậy cung cấp ñiện cho phụ
tải. Tỷ lệ ñiện năng bị mất (ñiện năng mất/tổng ñiện năng phân phối) do
ngừng ñiện ñược thống kê như sau:
+ Do ngừng ñiện lưới 110kV trở lên: (0.1-0.3)x10
-4
.
+ Do sự cố lưới ñiện trung áp: 4.5x10
-4
.
+ Do ngừng ñiện kế hoạch lưới trung áp: 2.5x10
-4
.
+ Do sự cố lưới ñiện hạ áp: 2.0x10
-4
.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

+ Do ngừng ñiện kế hoạch lưới hạ áp: 2.0x10
-4
.
ðiện năng bị mất do sự cố và ngừng ñiện kế hoạch trong lưới phân phối
chiếm 98%. Ngừng ñiện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân phối trung áp có
ảnh hưởng rất lớn ñến các hoạt ñộng kinh tế xã hội.

- Chi phí ñầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ
thống ñiện (35% cho nguồn ñiện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
- Tổn thất ñiện 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 ñiện do ñó vấn ñề an toàn ñiện cũng
rất quan trọng.
1.1.2.2. Phân loại lưới phân phối
Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng:
- Theo ñối tượng và ñịa bàn phục vụ:
+ Lưới phân phối thành phố.
+ Lưới phân phối nông thôn.
+ Lưới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn ñiện:
+ Lưới phân phối trên không.
+ Lưới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân ñoạn, không phân ñoạn.
+ Lưới phân phối kín vận hành hở.
+ Hệ thống phân phối ñiện.
1.2. Các phần tử trong lưới phân phối
Các phần tử của lưới ñiện phân phối bao gồm:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
- Thiết bị dẫn ñiện: ðường dây ñiện (dây dẫn và phụ kiện).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5

- Thiết bị ñóng 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 ñiều chỉnh ñiện áp: Thiết bị ñiều áp dưới tải, thiết bị thay ñổi ñầu

phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị ñối xứng hóa, thiết bị lọc
sóng hài bậc cao.
- Thiết bị ño lường: Công tơ ño ñiện năng tác dụng, ñiện năng phản kháng,
ñồng hồ ño ñiện áp và dòng ñiện, thiết bị truyền thông tin ño lường
- Thiết bị giảm tổn thất ñiện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao ñộ tin cậy: Thiết bị tự ñộng ñóng lại, thiết bị tự ñóng
nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân ñoạn, các khớp nối dễ tháo trên
ñường dây, kháng ñiện hạn chế ngắn mạch,
- Thiết bị ñiều khiển từ xa hoặc tự ñộng: Máy tính ñiện tử, thiết bị ño xa, thiết
bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị ñiều khiển xa, thiết bị thực hiện,
Mỗi phần tử trên lưới ñiện ñều có các thông số ñặc trưng (công suất, ñiện áp
ñịnh mức, tiết diện dây dẫn, ñiện kháng, ñiện dung, dòng ñiện cho phép, tần
số ñịnh mức, khả năng ñóng cắt, ) ñược chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất ñi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị ñóng
cắt, máy biến dòng, tụ bù, ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp ñến
thông số chế ñộ (ñiện áp, dòng ñiện, công suất) nên ñược dùng ñể tính toán
chế ñộ làm việc của lưới ñiện 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 ñiều áp, tụ bù có ñiều
khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay ñổi trạng thái trong khi mạng ñiện (dưới tải)
như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị ñiều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể
thay ñổi khi cắt ñiện như: Dao cách ly, ñầu phân áp cố ñịnh. Máy biến áp và
ñường dây nhờ các máy cắt có thể thay ñổi trạng thái dưới tải.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6

Nhờ các thiết bị phân ñoạn, ñường dây ñiện ñược chia thành nhiều phần tử
của hệ thống ñiện.

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 ñể giữ ñiện áp, một số phần tử
lưới không làm việc ñể lưới phân phối vận hành hở theo ñiều kiện tổn thất
công suất nhỏ nhất.
1.3. Phương pháp phân phối ñiện trung áp và nối ñất trung tính cuộn
trung áp của máy biến áp nguồn
1.3.1. Phương pháp phân phối ñiện trung áp
Có hai phương pháp phân phối ñiện trong lưới ñiện phân phối trung áp:
1.3.1.1. Phương pháp dùng lưới ñiện 3 pha
ðiện năng ñược truyền tải bằng hệ thống 3 dây pha, máy biến áp trung áp
có cuộn trung áp ñấu sao và trung tính nối ñất qua tổng trở Z không có dây
trung tính ñi theo lưới ñiện.













A
B
C
Z

Hình 1.1. Lưới ñiện 3 pha trung tính máy biến áp nối ñất qua tổng trở
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

7

1.3.1.2. Phương pháp lưới ñiện 3 pha một dây trung tính
Là phương pháp truyền tải ngoài ba dây pha còn có thêm một dây trung
tính ñi theo lưới ñiện, cứ khoảng 300m thực hiện nối ñất lặp lại.
Trong lưới ñiện này, cuộn trung áp của máy biến áp nối sao và trung tính
nối ñất trực tiếp.












1.3.2. Nối ñất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn
1.3.2.1. Trung tính không nối ñất
- Ưu ñiểm: Khi xảy ra chạm ñất một pha mạng ñiện vẫn ñược vận hành trong
một khoảng thời gian nhất ñịnh ñể tìm và khắc phục sự cố, do ñó ñộ tin cậy
của mạng ñiện ñược nâng cao.
- Nhược ñiểm:
+ Tăng giá thành của lưới ñiện do cách ñiện của lưới ñiện ñược chế tạo phải
chịu ñược ñiện áp dây.

+ Chỉ áp dụng với lưới ñiện có dòng chạm ñất do ñiện dung gây ra nhỏ hơn
giá trị giới hạn. Nếu dòng ñiện ñiện dung lớn hơn giá trị giới hạn thì hồ quang
sinh ra khi chạm ñất một pha sẽ lặp lại và duy trì gây ra quá ñiện áp nguy
hiểm cho lưới ñiện
A
B
C
Hình 1.2. Lưới ñiện 3 pha và 1 dây trung tính
0
300m
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

+ Khi xảy ra chạm ñất một pha, ñiện áp các pha còn lại có thể tăng cao gây
quá áp và cộng hưởng nguy hiểm cho cách ñiện.
- Phạm vi ứng dụng: Thường dùng cho lưới phân phối 6KV, 10KV, còn lưới
có cấp ñiện áp từ 15KV÷35KV chỉ dùng nếu ñộ dài lưới ñiện ngắn.
1.3.2.2. Trung tính nối ñất trực tiếp
- Ưu ñiểm:
+ Khi xảy ra chạm ñất một pha sẽ gây ra ngắn mạch một pha. Bảo vệ rơ le sẽ
cắt phần tử hư hỏng ra khỏi lưới, bảo vệ an toàn cho người và thiết bị.
+ Giảm mức cách ñiện của ñường dây trên không và dây cáp do mạng ñiện
chỉ sử dụng cách ñiện một pha nên giá thành của lưới ñiện hạ.
- Nhược ñiểm:
Dòng ñiện ngắn mạch một pha có thể rất lớn, gây tác hại cho thiết bị trong
trạm biến áp và ñường dây, tăng ñộ già hóa của máy biến áp và cáp gây ñiện
áp cảm ứng lớn trên ñường dây bên cạnh và ñường dây ñiện thoại.
+ ðộ tin cậy cung cấp ñiện giảm vì khi chạm ñất lưới ñiện bị cắt ra.
- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này ñược áp dụng cho lưới ñiện ở cấp ñiện

áp 15KV÷20KV, nếu các tác hại khi xảy ra ngắn mạch một pha ñược hạn chế
ở mức ñộ cho phép.
1.3.2.3. Trung tính nối ñất qua tổng trở hay ñiện kháng
- Ưu ñiểm: Hạn chế nhược ñiểm của phương pháp nối ñất trực tiếp khi dòng
ngắn mạch quá cao, dòng ngắn mạch ñược hạn chế trong khoảng
(1000÷1500A). Cho phép ñiều khiển dòng ngắn mạch pha - ñất ở mức hợp lý.
- Nhược ñiểm:
+ Gây quá ñiện áp trong lưới cao hơn trường hợp nối ñất trực tiếp, ảnh hưởng
ñến cách ñiện của các phần tử lưới ñiện, do ñó cách ñiện phải cao hơn nên giá
thành lưới ñiện tăng.
+ Hệ thống nối ñất ñắt tiền và cần có sự bảo quản ñịnh kỳ.
- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này dùng phổ biến cho lưới ñiện 22KV.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9

1.3.2.4. Nối ñất qua cuộn dập hồ quang
- Ưu ñiểm:
+ Dập tắt nhanh hồ quang khi có chạm ñất một pha, dòng ñiện chạm ñất nhỏ
có khi triệt tiêu hoàn toàn.
+ ðộ sụt áp khi chạm ñất một pha nhỏ.
+ Hạn chế ảnh hưởng ñến ñường dây ñiện thoại.
- Nhược ñiểm:
+ Khi chạm ñất ñiện áp các pha không bị sự cố lên quá ñiện áp dây.
+ Sự cố cách ñiện có thể gây ra dao ñộng hồ quang ñiện, gây quá áp trên cách
ñiện của các pha không bị sự cố.
+ Cuộn dây hồ quang phải ñiều chỉnh ñược ñể thích nghi với cấu trúc vận
hành thay ñổi của lưới.
+ Hệ thống bảo vệ sự cố chạm ñất phức tạp, khó tìm chỗ sự cố, giá thành cao,
bảo quản phức tạp.

+ Áp dụng với lưới cáp không hiệu quả vì sự cố trong lưới ña số là do hư
hỏng vĩnh cửu cách ñiện.
- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp ñược áp dụng cho lưới 35KV. Có thể dùng
cho lưới 22KV khi cần ñộ tin cậy cung cấp cao, là biện pháp chủ yếu trong
tương lai.
1.4. Sơ ñồ lưới ñiện phân phối
1.4.1. Cấu trúc lưới ñiện phân phối
Lưới ñiện phân phối bao gồm:
- Các phần tử tạo thành lưới ñiện phân phối.
- Sơ ñồ lưới ñiện phân phối.
- Hệ thống ñiều khiển lưới ñiện phân phối.
Cấu trúc lưới ñiện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc
vận hành.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10
- Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ ñồ lưới ñầy ñủ.
Muốn lưới ñiện có ñộ tin cậy cung cấp ñiện 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 ñồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay
thế và vật liệu ñể sửa chữa.
Trong một chế ñộ vận hành nhất ñịnh chỉ cần một phần của cấu trúc tổng
thể là ñủ ñáp ứng nhu cầu, ta gọi phần ñó là cấu trúc vận hành. Một cấu trúc
vận hành gọi là một trạng thái của lưới ñiện.
Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các
sơ ñồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận
hành thỏa mãn ñiều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu
theo ñiều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất).
Khi xảy ra sự cố, một phần tử ñang 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 ñổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành
sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường.
Trong chế ñộ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất ñiện phụ tải. Cấu trúc vận
hành sự cố chọn theo ñộ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi.
Cấu trúc lưới ñiện phân phối có thể là:
- Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới ñiện phân phối không thể thay ñổi sơ ñồ
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 ñiện. ðó là lưới phân phối hình tia
không phân ñoạn và hình tia phân ñoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc ñộng không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới ñiện phân phối có
thể thay ñổi sơ ñồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt ñiện.
ðó là lưới ñiện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở.
- Cấu trúc ñộng hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới ñiện phân phối có thể thay
ñổi sơ ñồ vận hành ngay cả khi ñang làm việc, ñó là hệ thống phân phối ñiện.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11
- Cấu trúc ñộng ñược áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về ñộ tin cậy cung
cấp ñiện. Ngoài ra cấu trúc ñộng cho phép vận hành kinh tế lưới ñiện phân
phối, trong ñó cấu trúc ñộng không hoàn toàn và cấu trúc ñộng hoàn toàn mức
thấp cho phép vận hành kinh tế lưới ñiện theo mùa, khi ñồ thị phụ tải thay ñổi
ñáng kể.
Cấu trúc ñộng ở mức cao cho phép vận hành lưới ñiện trong thời gian thực,
lưới phân phối trong cấu trúc này phải ñược thiết kế sao cho có thể vận hành
kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ ñồ.
Cấu trúc lưới ñiện phân phối có thể chia thành:
- Cấu trúc phát triển: ðó là lưới phân phối cấp ñiện cho phụ tải ñang còn tăng
trưởng theo thời gian và trong không gian. Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ
ñồ của nó ñược chọn theo tình huống cụ thể và tính ñến sự phát triển trong
tương lai.

- Cấu trúc bão hoà: ðó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp ñiện cho
phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian.
ðối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ ñồ thiết kế chuẩn, mẫu ñã ñược
tính toán tối ưu. Khi lưới phân phối bắt ñầu hoạt ñộng, có thể phụ tải của nó
chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế ñã tính cho phụ tải cuối
cùng của trạng thái bão hoà. Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận
bão hoà.
1.4.2. Sơ ñồ lưới ñiện phân phối trung áp trên không
Lưới ñiện phân phối trung áp trên không sử dụng ở mạng ñiện nông thôn
thường không ñòi hỏi cao về ñộ tin cậy, không bị hạn chế về ñiều kiện an toàn
và mỹ quan như lưới phân phối ở khu vực thành phố. Mặt khác, mật ñộ phụ
tải của mạng ñiện nông thôn không cao, phân tán, ñường dây khá dài, do ñó
sử dụng lưới ñiện trên không sẽ giúp cho việc dễ dàng nối các dây dẫn, tìm
ñiểm sự cố và khắc phục sự cố không khó khăn như lưới phân phối cáp.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12
Phương pháp nối dây thường áp dụng theo sơ ñồ hình tia, các trạm biến áp
phân phối ñược cung cấp từ thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian thông
qua các ñường trục chính.

Trong sơ ñồ hình 1.3: 1: Máy cắt có tự ñộng ñóng lại, ñiều khiển từ xa
2: Máy cắt nhánh
3: Dao cách ly
- Biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện của sơ ñồ:
+ Các ñường dây trục chính ñược phân ñoạn bằng các thiết bị phân ñoạn như:
Máy cắt, máy cắt tự ñộng ñóng lại có thể tự ñộng cắt ra khi sự cố và ñiều
khiển từ xa.
+ Các ñường trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác
nhau có thể ñược nối liên thông ñể dự phòng khi bị sự cố, khi ngừng ñiện kế
hoạch ñường trục hoặc trạm biến áp nguồn. Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc
ñược mở trong khi làm việc ñể vận hành hở.
ðư
ờng trục

Ph
ụ
t
ải

1

1

2

2

3

Hình 1.3. S
ơ ñ
ồ phân phối tr
ên không hình tia

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

13
1.4.3. Sơ ñồ phân phối cáp trung áp
Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng ñiện thành phố ñòi hỏi cao về
ñộ tin cậy, mật ñộ phụ tải lớn, ñường dây ngắn, hạn chế vì ñiều kiện an toàn
và mỹ quan ñô thị do ñó không ñược phép ñi dây trên không mà phải cho
xuống ñất tạo thành lưới phân phối cáp.
Nhược ñiểm của lưới phân phối cáp là ñắt tiền, sơ ñồ phức tạp dẫn ñến việc
tìm ñiểm sự cố khó khăn, sửa chữa sự cố lâu và việc ñấu nối ñược hạn chế
ñến mức tối ña vì xác suất hỏng các chỗ nối là rất cao.
* Sơ ñồ phân phối mạch vòng kín.
Sơ ñồ phân phối mạch vòng kín cung cấp ñiện cho các trạm phân phối có
một máy biến áp. Các trạm phân phối ñược ñấu liên thông, mỗi máy biến áp
ñều có hai dao cách ly ở hai phía và có thể ñược cấp ñiện từ hai nguồn khác
nhau lấy từ hai phân ñoạn thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian, bình
thường các máy biến áp ñược cấp ñiện từ một phía.
Ưu ñiểm của vận hành hở làm lưới ñiện rẻ hơn, ñộ tin cậy vẫn ñảm bảo yêu
cầu. Còn vận hành kín có lợi hơn về tổn thất ñiện năng nhưng ñòi hỏi cao hơn
về hệ thống, về rơ le và thiết bị ñóng cắt muốn ñạt ñộ tin cậy.

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Ph
ụ tải

Phân ñoạn
1

Ph
â
n
ñ
o
ạn

2

Hình 1.4. Sơ ñồ lưới phân phối mạch vòng kín
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

14
* Cung cấp bằng hai ñường dây song song.
Hai ñường dây song song cung cấp ñiện cho các trạm biến áp phân phối. Các
ñường dây có thể ñược lấy ñiện từ hai trạm nguồn khác nhau ñể tạo thành
mạch nguồn.

1.4.4. Mạch liên nguồn
Các trạm phân phối ñược cung cấp từ nhiều nguồn lấy ñiện từ thanh góp hạ
áp của các trạm biến áp trung gian. Trong chế ñộ làm việc bình thường ñược
tách ra ñể vận hành hở mạch.










Phụ tải Phụ tải
Phụ tải Phụ tải
Hình 1.5. Cung cấp ñiện bằng hai nguồn dây song song
TG I
TG II
Hình 1.6. Mạch liên nguồn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15
1.4.5. Mạng phân phối ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt
- Khi trạm biến áp trung tâm ở xa trung tâm phụ tải thì mạng ñiện phân phối
ñược cung cấp ñiện thông qua trạm cắt. Người ta sử dụng hai ñường dây liên

lạc giữa hai trạm cắt và hai phần ñoạn thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung
gian, sau ñó các ñường dây phân phối ñược cung cấp ñiện từ trạm cắt.
Sơ ñồ này áp dụng cho cả lưới phân phối cáp và lưới phân phối trên không.







1.4.6. Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung
Khi mật ñộ các trạm phân phối nhiều, ñể tiết kiệm vốn ñầu tư mà vẫn ñảm
bảo ñược ñộ tin cậy có thể sử dụng sơ ñồ sau:












Hình 1.7. Cung cấp ñiện thông qua trạm cắt
1
2
1
2

2
2
Hình 1.8. Sơ ñồ sử dụng ñường dây dự phòng chung
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

16
Trong sơ ñồ hình 1.8: 1. Thanh góp trạm biến áp trung gian
2. Trạm cắt
Dây dẫn của các ñường dây phân phối ñược chọn ñủ cho các trạm phân phối
mà nó cấp ñiện, vì ñã có ñường dây dự phòng chung cho tất cả các ñường dây
phân phối.
1.4.7. Sơ ñồ hệ thống phân phối ñiện
Hệ thống phân phối ñiện bao gồm nhiều trạm trung gian ñược nối liên thông
với nhau bởi mạng lưới ñường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín.
Trong quá trình vận hành bình thường các mạch vòng kín này tách ra tại các
ñiểm cắt của lưới ñể vận hành hở mạch thông qua các thiết bị phân ñoạn. Các
ñiểm cắt này ñược thay ñổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi ñồ thị
phụ tải thay ñổi.
ðể lựa chọn ñược sơ ñồ vận hành tối ưu nhất thường sử dụng tính toán trên
máy tính ñiện tử từ các số liệu ño xa ñặt trên các ñiểm kiểm tra của hệ thống
phân phối ñiện. Khi xảy ra sự cố, máy tính ñiện tử sẽ tính toán ñưa ra phương
án vận hành thay thế tốt nhất. Nhân viên vận hành thực hiện các sơ ñồ tối ưu
ñó bằng các thiết bị ñiều khiển từ xa.

TG 1
TG 3
TG 2
TG
4


ði
ểm tách l
ư
ới

Hình 1.9. Sơ ñồ hệ
thống phân phối ñiện
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

17
TG1, TG2, TG3, TG4: Thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian.
: ðiểm tách lưới tạo thành mạch hở trong vận hành.
Nếu không có thiết bị ñiều khiển và ño lường từ xa thì vẫn có thể vận hành
kinh tế nhưng theo mùa trong năm, bằng cách tính chọn sơ ñồ vận hành tối ưu
cho khoảng thời gian trong ñó phụ tải gần giống nhau sao ñó thao tác các
thiết bị phân ñoạn ñể thực hiện.
1.4.8. Sơ ñồ lưới phân phối hạ áp
Lưới phân phối hạ áp ñược cung cấp trực tiếp từ các máy biến áp phân phối 3

pha. Trung tính của hạ áp ñược nối ñất trực tiếp và dây trung tính ñi theo lưới ñiện
tạo thành lưới phân phối hạ áp 3 pha 4 dây. Cấu trúc lưới phân phối hạ áp có thể
thực hiện bằng ñường dây trên không hoặc dây cáp xoắn. Tuỳ theo yêu cầu ñộ tin
cậy của các hộ phụ tải mà có thể sử dụng phương pháp có hay không có dây dự
phòng, có thể lấy từ cùng một trạm phân phối khác nhau:
ðường trục chính của lưới phân phối hạ áp có 4 dây ,các nhánh cấp ñiện
cho phụ tải một pha có thể 3 dây ( 2dây pha, 1 dây trung tính ) hoặc 2 dây ( 1
dây pha, 1 dây trung tính ).













TPP 1 TPP 2
DCL phân ñoạn
Hình 1.10. Sơ ñồ lưới phân phối
h
ạ áp

A

B

C

0
2 dây pha, 1 dây trung tính 1 dây pha, 1 dây trung tính
Hình 1.11. Ph
ương pháp c
ấp ñiện cho phụ tải 1

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

18
1.5. Trạm biến áp phân phối
Các trạm biến áp phân phối thường chỉ có một máy biến áp và làm nhiệm vụ biến
ñổi ñiện áp trung áp xuống hạ áp ñể cung cấp ñiện cho lưới phân phối hạ áp.
Phía cao thế ñược ñóng cắt bằng cầu dao cao thế, bảo vệ ngắn mạch bằng cầu
chì, bảo vệ chống quá ñiện áp do sấm sét lan truyền từ ñường dây vào trạm
dùng chống sét van.
Phía hạ áp ñóng cắt và bảo vệ bằng áp tô mát.
ðể ño lường các ñại lượng dung các ñồng hồ ño: Dòng ñiện, ñiện áp, ñiện
năng hữu công và ñiện năng vô công.
Kết cấu của trạm biến áp thường là trạm treo trên cột hoặc trạm kiểu kiốt nếu
ở thành phố.
ðộ tin cậy cung cấp ñiện của các trạm biến áp phân phối không cao. Thời
gian sửa chữa, thay thế lớn không ñáp ứng ñược nhu cầu cung cấp ñiện liên
tục cho các phụ tải quan trọng.
1.6. Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn ñánh giá chất lượng của lưới phân phối ñiện
- Các chỉ tiêu chất lượng lưới phân phối:
Sự phục vụ ñối với khách hàng.
Hiệu quả ñối với các doanh nghiệp ñiện.

- Các chỉ tiêu ñánh giá:
Chất lượng ñiện áp.
ðộ tin cậy cung cấp ñiện.
Hiệu quả kinh tế ( giá thành tải ñiện nhỏ nhất).
ðộ an toàn dối với người và thiết bị.
Ảnh hưởng tới môi trường (Cảnh quan, ảnh hưởng ñến ñường dây ñiện thoại).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

19
CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN

2.1. Tổng quan về ñộ tin cậy cung cấp ñiện
2.1.1. Khái niệm chung về ñộ tin cậy
ðộ tin cậy là xác suất ñể hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu
cầu trong khoảng thời gian nhất ñịnh và trong ñiều kiện vận hành nhất ñịnh.
Như vậy ñộ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong
một thời gian nhất ñịnh và trong một hoàn cảnh nhất ñịnh.
Mức ño ñộ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời
gian xác ñịnh và xác suất này ñược gọi là ñộ tin cậy của hệ thống hay phần tử.
ðối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là ñại lượng thống kê,
do ñó ñộ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong
quá khứ của hệ thống hay phần tử.
ðối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống ñiện 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 ñó ñộ tin cậy ñược ño bởi ñại lượng thích hợp hơn, ñó là
ñộ sẵn sàng.
ðộ sẵn sàng là xác suất ñể hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng
hoàn thành nhiệm vụ trong thời ñiểm bất kỳ.
ðộ sẵn sàng cũng là xác suất ñể hệ thống ở trạng thái tốt trong thời ñiểm
bất kỳ và ñược tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng

thời gian hoạt ñộng.
Ngược lại với ñộ sẵn sàng là ñộ không sẵn sàng, nó là xác suất ñể hệ thống
hoặc phần tử ở trạng thái hỏng.
2.1.2. ðộ tin cậy của hệ thống
Như ñã giới thiệu ở phần trên, hệ thống ñiện là một hệ thống phức tạp, gồm
nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ ñồ phức tạp. Hệ
thống ñiện thường nằm trên ñịa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ.