Nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối và giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh hưng yên

bộ giáo dục và đào tạo
tr-ờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

THI VN LUN

NGHIấN CU PHNG PHP TNH TON, NH
GI TIN CY V CC GII PHP NNG CAO
TIN CY CA LI IN PHN PHI
TNH HNG YấN

chuyên ngành : hệ thống điện

luận văn thạc Sỹ K THUT

Hng dn khoa hc: PGS.Ts ng Quc Thng

hà nội : năm 2014


Luận Văn Tốt Nghiệp

MỤC LỤC
Trang bìa phụ.
Lời cam đoan.
Danh mục kí hiệu viết tắt.
Danh mục hình vẽ và bảng biểu.
Mở đầu .................................................................................................................1
Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối ....................... 3
1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối ............................................................. 3
1.1.1. Định nghĩa và phân loại .......................................................................3

1.1.2. Phần tử của lưới điện phân phối ......................................................... 4
1.1.3. Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối ...........................................5
1.1.4. Đặc điểm của lưới phân phối………. ...................................................7
1.2. Tổng quan về độ tin cậy ............................................................................ 7
1.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy .................................................................7
1.2.2. Độ tin cậy của hệ thống………………................................................8
1.2.3. Độ tin cậy của phần tử….....................................................................9
1.3. Các phương pháp đánh giá độ tin cậy .................................................... 18
1.3.1. Phương pháp đồ thị giải tích.............................................................. 18
1.3.2. Phương pháp không gian trạng thái .................................................. 20
1.3.3. Phương pháp cây hỏng hóc................................................................ 20
1.3.4. Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo................................................ 21
1.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối .... … ............ . 21
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối ...............24
Chương 2: Phương pháp phân tích-Tính toán và các biện pháp nâng cao độ
tin cậy lưới điện phân phối… … … … … … … … … … … … . … … … … … … . 25
2.1. Phân bố chỉ số độ tin cậy.......................................................................... 25
2.2. Các sơ đồ lưới điện dùng để tính toán độ tin cậy ................................... 26
2.2.1. Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn......................................... 28
2.2.2. Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn .............................................. 30
2.2.3. Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở ....................................................... 34
SVTH: Thái Văn Luân


Luận Văn Tốt Nghiệp

2.2.4. Hệ thống song song........................................................................... 38
2.3. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân
phối............................................................................................................................40
2.3.1. Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao.........................................40

2.3.2. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa................. 41
2.3.3. Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây........................................41
2.3.4. Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố.......................................................42
2.3.5. Đối với các TBA phân phối............................................................... 42
Chương 3: Đặc điểm tự nhiên và hiện trạng lưới điện trung áp tỉnh Hưng
Yên.........................................................................................................................43
3.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của tỉnh Hưng Yên........................................43
3.3.1. Đặc điểm tự nhiên........................................................................................43
3.3.2. Hiện trạng kinh tế xã hội............................................................................. 43
3.3.3. Định hướng phát triển các ngành đến năm 2015........................................45
3.2. Hiện trạng nguồn và lưới điện trung áp tỉnh Hưng Yên...................................46
3.2.1. Nguồn nhận.........................................................................................46
3.2.2. Lưới điện trung áp………………………….........................………..48
3.3. Quản lý vận hành lưới điện. …..................................................................…..53
Chương 4:Tính toán độ tin cậy cung cấp điện lưới điện trung áp tỉnh Hưng
Yên...........................................................................................................................................54
4.1 Tổng quan về phần mềm pss-adep.............................................................................54
4.1.1. Các chức năng cơ bản của phần mềm...................................................54
4.1.2. Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT………………….............…….…54
4.1.3. Dữ liệu phục vụ tinh toán. ....................................................................57
4.2. Tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên...............................63
4.3. Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên…................….….65
4.3.1. Thiệt hại do mất điện………………………………….……………..65
4.3.2. Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên..…………..67
4.4. Phân tích độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên………..…….........68
4.4.1. Khái quát độ tin cậy lưới điện phân phối miền Bắc…………...……68
SVTH: Thái Văn Luân


Luận Văn Tốt Nghiệp

4.4.2. Phân tích độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên……...….…69
Chương 5: Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện
Hưng Yên..........................................................................................................72
5.1. Tính chọn phương án vận hành tối....................................................…..........72
5.1.1. Phương pháp tìm điểm mở tối ưu các mạch vòng.................................72
5.1.2. Kết quả tính toán lưới điện 22kV thành phố Hưng Yên……….....…....72
5.2. Lắp đặt chống sét để nâng cao độ tin cậy…………..........................…….....73
5.2.1. Lựa chọn vị trí lắp đặt chống sét van trên trạm biến áp……....….......73
5.2.2. Lắp đặt chống sét trên đường dây để nâng cao độ tin cậy………........76
5.3. Tái cấu trúc lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên….........................................76
5.3.1. Chuyển toàn bộ lưới điện trung áp sang cấp điện áp 22kV…..............76
5.3.2. Xây dựng các mạch vòng để cấp điện 2 nguồn………………………..79
5.3.2. Lắp đặt thiết bị phân đoạn bằng máy cắt Recloser……………….….81
5.3.4. Lắp đặt thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly………………………….82
Kết luận………………….…………………………………………….....……....85
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.

SVTH: Thái Văn Luân


Lời cam đoan
Kính th-a các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và các bạn đọc!
Sau một thời gian dài tìm hiểu, nghiên cứu đ-ợc sự giúp đỡ của thầy
giáo h-ớng dẫn trực tiếp và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, cùng với các bạn
đồng nghiệp tôi đã hoàn thành Luận văn nghiên cứu này. Tôi cam đoan bản
luận văn do tôi thực hiện. Các số liệu thống kê, báo cáo, các tài liệu khoa học
trong Luận văn đ-ợc sử dụng của các công trình khác đã nghiên cứu, đ-ợc chú
thích đầy đủ, đúng quy định.

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014
Tác giả luận văn

Thỏi Vn Luõn


Lun Vn Tt Nghip

Danh mục các chữ viết tắt
TG

Trạm biến áp trung gian

KH

Khách hàng

TTĐN

Tổn thất điện năng

ĐTPT

Đồ thị phụ tải

BAPP

Biến áp phân phối

MBA

Máy biến áp

ĐZ

Đ-ờng dây

DSM

Demand Side Management (quản lý nhu cầu điện năng)

PSS/ADEPT

Phần mềm tính toán và phân tích l-ới điện

SVTH: Thỏi Vn Luõn


Luận Văn Tốt Nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Hàm tin cậy R(t)...................................................................................................10
Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc(t). .................................................................................12
Hình 1.3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng). ..........................13
Hình 1.4: Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử. ........................................................17
Hình 1.5: Sơ đồ nối tiếp........................................................................................................19
Hình 1.6: Sơ đồ song song....................................................................................................19
Hình 1.7: Sơ đồ hỗn hợp......................................................................................................19
Hình 2.1 : Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn. .........................................................28
Hình 2.3: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ bảo vệ bằng cầu

chì. ...................................................... .............................................................................. 31
Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt. ............................................33
Hình 2.5: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở. ........................................................................34
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống lưới điện song song.....................................................................38
Hình 4.1.Mµn h×nh giao diÖn ch-¬ng tr×nh PSS/ADEPT.........................................................56
Hình 4.2. Thiết lập thông số mạng lưới...................................................................................58
Hình 4.3. Hộp thoại network properties..................................................................................59
Hình 4.4. Hộp thoại thuộc tính nút Source ...........................................................................60
Hình 4.5. Hộp thoại thuộc tính nút tải....................................................................................60
Hình 4.6. Hộp thoại thuộc tính đoạn đường dây......................................................................61
H×nh 4.7. Hép tho¹i thuéc tÝnh m¸y biÕn ¸p............................................................................61
Hình 4.8. Hộp thoại thuộc tính nút tải điện năng.....................................................................62
Hình 4.9. Hộp thoại thuộc tính thiết bị đóng cắt ...................................................................62
Hình 4.10. Các chọn lựa cho các bài toán độ tin cậy cung cấp điện.......................................63
Hình 5.1: Sơ đồ bố trí chống sét van phía trước cầu chì tự rơi............................................74
Hình 5.2: Sơ đồ bố trí chống sét van phía sau cầu chì tự rơi...............................................75

SVTH: Thái Văn Luân


Luận Văn Tốt Nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm. ................................................7
Bảng 2.1: Xác suất xuất hiện số lần mất điện......................................................................26
Bảng 2.2 : Thông số của hệ thống. ......................................................................................29
Bảng 2.3: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải. .................................29
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.1...............................29
Bảng 2.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.2...............................31
Bảng 2.6: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.3...............................32

Bảng 2.7: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.4...............................34
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. ...................................................................................35
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. .............................................................................................36
Bảng 2.10: Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ Hình 2.1 đến Hình 2.5..37
Bảng 2.11: Dữ liệu về độ tin cậy của hệ thống hình 2.6...................................................40
Bảng 3.1: Tình trạng mang tải các trạm 220-110kV hiện có của tỉnh Hưng Yên......................47
Bảng 3.2: Tình trạng mang tải các trạm biến áp trung gian......................................................48
Bảng 3.3: Thông kê đường dây trung áp và hạ áp hiện trạng....................................................49
Bảng 3.4: Tình trạng mang tải các đường dây trung áp sau trạm 110kV...................................50
Bảng 3.5: Tổng dung lượng bù lưới điện trung và hạ áp...........................................................52
Bảng 3.6: Khối lượng các trạm biến áp phân phối hiện có của tỉnh Hưng Yên. ..................52
Bảng 4.1: Kết quả độ tin cậy cung cấp điện........................................................................65
Bảng 4.2. Quy định giá mất điện ở Australia.........................................................................66
Bảng 4.3. Quy định giá mất điện ở Canada............................................................................66
Bảng 4.4: Phân loại sự cố vĩnh cửu năm 2011 của lưới điện Hưng Yên.............................70
Bảng 5.1: Kết quả tìm điểm mở tối ưu ở chế độ tải trung bình (Ptb)..................................73
Bảng 5.2: Kết quả tìm điểm mở tối ưu ở chế độ tải lớn nhất (Pmax)..................................73
Bảng 5.3: Kết quả các chỉ tiêu độ tin cậy khi không có nguồn 2.........................................79
Bảng 5.4: Kết quả các chỉ tiêu độ tin cậy khi có nguồn 2..................................................80

SVTH: Thái Văn Luân


Luận Văn Tốt Nghiệp

Bảng 5.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 371 E28.7 khi chưa lắp và có lắp DCL.
…………………………………………………………………………………….82
Bảng 5.6: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 375 E8.3 khi chưa lắp và có lắp

DCL……………………………………………………………………………….82
Bảng 5.7: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 479 E28.7 khi chưa lắp và có lắp
DCL……………………………………………………………………………….83
Bảng 5.8: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 971 E8.3 khi chưa lắp và khi lắp
DCL………………………………………………………………………………..83
Bảng 5.9: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 977 E8.3 khi chưa lắp và khi lắp
DCL……………………………………………………………………………….83
Bảng 5.10: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 973 E8.3 khi chưa lắp và khi lắp
DCL……………………………………………………………………………….84


Luận Văn Tốt Nghiệp

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nền kinh tế của Việt Nam ngày càng phát triển
dẫn đến nhu cầu sử dụng điện gia tăng rất lớn với yêu cầu độ tin cậy cung cấp
điện ngày càng cao. Luật đ i ệ n lực và những Nghị định của Chính phủ đã ra đời
quy định về hoạt đ ộng đ i ệ n lực và sử dụng điện, quy đ ịnh xử phạt vi phạm hành
chính trong lĩnh vực đ iện lực. Trong khi đ ó, hầu hết lưới đ iện phân phối của Việt
Nam hiện nay có kết cấu đ ơn giản, đ ộ tin cậy thấp chưa đ áp ứng được yêu cầu cung
cấp đ iện ngày càng cao của xã hội. Đã có rất nhiều đ ề tài nghiên cứu về đ ộ tin cậy
cung cấp đ iện, tuy nhiên những đ ề tài này chủ yếu được xây dựng trên cơ sở lý
thuyết mà chưa được áp dụng tính toán thực tế cho một lưới đ iện cụ thể. Việc nghiên
cứu phương pháp tính toán, đ ánh giá đ ộ tin cậy của một lưới đ iện phân phối cụ thể
dựa trên các số liệu thực tế vận hành là rất thiết thực, đ ể từ đ ó đ ưa ra các giải pháp
phù hợp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối, đáp ứng yêu cầu ngày
càng cao về cung cấp điện.
Từ những lý do đ ó, l u ậ n v ă n đã chọn đề tài "Nghiên cứu phương pháp tính
toán, đánh giá độ tin cậy và giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh
Hưng Yên”.

- Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
+ Mục đích: 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 Hưng Yên 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 Hưng
Yên.
+ Đối tượng: Lưới điện phân phối trung áp.
+ Phạm vi: Lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên.
- 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 trên thế giới như cơ khí, máy tính, viễn thông, điện lực, các phương tiện vận
SVTT: Thái Văn Luân

Page 1


Luận Văn Tốt Nghiệp

tải, các kết cấu công trình trên mặt đất, các thiết bị bay trong không gian,... Đối với hệ
thống điện lý thuyết 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 điện 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 nghiên cứu phương pháp tính toán độ tin cậy lưới điện
phân phối và áp dụng vào tính toán chọn lọc một số xuất tuyến của lưới điện phân phối
tỉnh Hưng Yên. Từ kết quả tính toán, sẽ đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối
tỉnh Hưng Yên so với các tỉnh khác trong khu vực miền Bắc và các chỉ tiêu về độ tin
cậy 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 tỉnh Hưng Yên và áp dụng cho lưới điện phân phối nói chung.
Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè. Tác giả vô cùng
biết ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của Phó giáo sư Tiến sĩ Đặng Quốc Thống
trong thời gian làm luận văn.
Tác giả xin chân thành cám ơn Bộ môn Hệ thống điện, Viện điện, Viện
đào tạo Sau đại học và các thầy cô của trường đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp
đỡ, tạo mọi điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo điện lực Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi,
cung cấp các thông tin, tư liệu cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.

SVTT: Thái Văn Luân

Page 2


Luận Văn Tốt Nghiệp

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI Đ I Ệ N PHÂN PHỐI
1.1. Tổng quan về lưới 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 độ tin cậy
cung cấp điện và chất lượng điện năng 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 trung áp và lưới 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.
Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Gồm có lưới phân phối thành phố,
lưới phân phối nông thôn và lưới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện: Gồm có lưới phân phối trên không và lưới phân
phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng: Gồm có lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn,
không phân đoạn; Lưới phân phối kín vận hành hở và hệ thống phân phối điện.
Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy
hoạch và vận hành người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối
trên 3 lĩnh vực đó là sự phục vụ đối với khách hàng, ảnh hưởng tới môi trường và
hiệu quả kinh tế đối với các đơn vị cung cấp điện.
Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:
- Chất lượng điện áp.
- Độ tin cậy cung cấp điện.
SVTT: Thái Văn Luân

Page 3


Luận Văn Tốt Nghiệp

- 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 lưới 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.
- 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, ...
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.
SVTT: Thái Văn Luân

Page 4


Luận Văn Tốt Nghiệp

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
của hệ thống điện.
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 lưới điện phân phối.
Lưới điện phân phối bao gồm các phần tử tạo thành lưới điện phân phối, sơ
đồ lưới điện phân phối và hệ thống điều khiển lưới điện phân phối.
- Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm:
+ Cấu trúc tổng thể: 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.
+ Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể đủ đáp ứng nhu cầu
trong một chế độ vận hành nhất định. Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của
lưới điện.
Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta 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 hơn
SVTT: Thái Văn Luân

Page 5


Luận Văn Tốt Nghiệp

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 bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ 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: đ â yl à lưới điện phân phối có cấu trúc kín
vận hành hở. Trong cấu trúc này có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là cắt
điện để thao tác.
+ 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: đ ó 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.
+ Cấu trúc bão hoà: đ ó 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.
SVTT: Thái Văn Luân

Page 6


Luận Văn Tốt Nghiệp

1.1.4. Đặc điểm của lưới điện phân phối.
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. Thời
gian ngừng cấp điện cho phụ tải trong một năm do các nguyên nhân khác nhau được thống kê
như sau:
Bảng 1.1: Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm.
Phần tử hệ thống điện
Hệ thống phát và truyền tải

Thời gian ngừng điện (phút)
02,8

Tỷ lệ (%)
02,9

67,8

11,5
15,7

69,0
11,9
16,2

Lưới điện phân phối trung áp
Lưới điện hạ áp
Tự khử hỏng hóc

Thời gian ngừng điện của lưới phân phối trung áp chiếm tỷ lệ cao nhất (69%),
đồng nghĩa lượng điện năng không cung cấp được cũng rất nhiều 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.
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 lệ rất lớn các công trình nghiên cứu
khoa học được công bố trên các tạp chí khoa học.
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
SVTT: Thái Văn Luân

Page 7


Luận Văn Tốt Nghiệp

trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định .
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.
Như đã giới thiệu ở phần trên, hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm
nhiều 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, ....
SVTT: Thái Văn Luân

Page 8


Luận Văn Tốt Nghiệp

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.
1.2.3.1. Phần tử không phục hồi.
Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đến lần 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 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 FT(t) 1 :
FT(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 fT(t) 1 :
1
P(t  T  t  t )
t 0 t

fT (t )  lim

(1.2)

fT(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

FT (t )   Ft dt

(1.3)

0

fT (t ) 

dFT (t )
dt

SVTT: Thái Văn Luân

Page 9


Luận Văn Tốt Nghiệp

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 - FT(t)

(1.5)

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

FT(t) R(t)

1
F(t)
R(t)
0

t

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 .

 (t ) 

SVTT: Thái Văn Luân

fT (t )
R(t )



fT t
1  fT (t )

(1.6)

Page 10


Luận Văn Tốt Nghiệp

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:

t

R(t )  e



 ( t ) dt
e

(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

FT(t) = 1 - e-

;

t

fT(t) =  .e-

;

t

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ.
Thời gian làm việc trung bình:

TLV

=

∫ t. f
0

SVTT: Thái Văn Luân

 dR(t )
T

(t ).dt

∫ t.
0

dt

dt



= ∫ R(t ).dt
0

Page 11

(1.8)


Luận Văn Tốt Nghiệp

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 m(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 hằng số.
- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi, (t) tăng dần.
(t)

(t)

tb

I

II

II
t

(a)

(b)

Thời điểm
bảo dưỡng

t

Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc(t).
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 máy biến áp). Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái
SVTT: Thái Văn Luân

Page 12


Luận Văn Tốt Nghiệp

tốt. Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:
Thông số của dòng hỏng hóc (t) :

1
P (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t+ t ))
(1.10)
t 0 t
So với định nghĩa  (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc

 (t )  lim

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) = 
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).
Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV,
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.
LV µ

a)

Trạng thái

LV

H

H

TLV

TLV

TLV





t

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

Page 13


Luận Văn Tốt Nghiệp

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 FLV(t) và hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái hỏng FH(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 tại 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 PLV(t).
- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là Ph(t).
- Thông số dòng hỏng hóc:
1
P (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t+ t )
t 0 t

 (t )  lim

1
P{[ X (t  t )  H ]  [ X (t )  LV ]}
t 0 t

= lim

Theo lý thuyết xác suất: P(A  B) = P(A/B)P(B), từ đây ta có:
P(A/B) = P(A  B)/P(B)
Áp dụng cho cường độ chuyển trạng thái và thông số dòng hỏng hóc ta có :
qLV H (t ).t 

P{[ X (t  t )  H ]  [ X (t )  LV ]}
 (t ).t
 (t ).t


P[ X (t )  LV ]

P[ X (t )  LV ] PLV (t )

 (t) = qLV-H(t) . PLV(t)

Hay:

(1.11)

- Thời gian làm việc trung bình là TLV.
- Thời gian hỏng trung bình là  .
SVTT: Thái Văn Luân

Page 14


Luận Văn Tốt Nghiệp

- Thời gian trung bình một chu kỳ làm việc-hỏng là: TCK = TLV + 
- Hệ số sẵn sàng:

A

TLV
TCK



TLV

TLV  

- Hệ số không sẵn sàng:




A  1 A 

TLV  

Giả thiết TLV và  đều tuân theo luật phân bố mũ (trong thực tế tuân theo luật
chuẩn, song giả thiết trên giúp ta có thể áp dụng mô hình Markov, hơn nữa theo
kinh nghiệm kết quả tính toán là chấp nhận được), ta có:
t

FT(t) = 1 - eF (t) = 1 - e-

 t

(phân bố xác suất của thời gian làm việc).
(phân bố xác suất của thời gian hỏng hóc).

Trong đó:


1



là cường độ phục hồi,  là thời gian hỏng hóc trung bình

Áp dụng quá trình Markov cho sơ đồ (Hình 1.3), trong đó  và  chính
là cường độ chuyển trạng thái, sẽ tính được xác suất của trạng thái làm việc
PLV(t) và xác suất trạng thái hỏng PH(t).
PLV (t ) 




PH (t )  Q(t ) 

SVTT: Thái Văn Luân






e (    ) t


 (    ) t

e
 

Page 15


Luận Văn Tốt Nghiệp

Ở đây  và  chính là cường độ chuyển trạng thái của phần tử vì mỗi hỏng
hóc hoặc phục hồi làm phần tử chuyển trạng thái.
Thông số dòng hỏng hóc  (t) theo (1.11) là:
 (t )  PLV (t ). 


2 (   )t

e
 

Ở chế độ dừng (khi t =  ), PLV(t) = PLV trở thành độ sẵn sàng A còn
PH(t) = Q(t) = Q trở thành độ không sẵn sàng A của phần tử.
PLV  A 



Q A











TLV

(1.12a)

TLV  


TLV  

 .

(Khi TLV >>  ,    )

(1.12b)

Khi đó:


1


 .PLV
   TLV  

(1.13)

TCK = TLV +  gọi là chu kỳ xảy ra hỏng hóc, đó là thời gian trung bình giữa hai
lần hỏng kế tiếp. Công thức (1.13) cho mối quan hệ giữa thông số dòng hỏng hóc
và cường độ hỏng hóc của các phần tử thực tế. Tuy nhiên với hệ thống điện, PLV
thường có giá trị xấp xỉ 1, nên có thể coi gần đúng   

.

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:
- Số lần hỏng  trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra:
TLV 

1



- Thời gian sửa chữa sự cố trung bình  , từ đó tính ra:


1



c. Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ.
Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện vì nó làm giảm cường độ hỏng hóc, tăng
SVTT: Thái Văn Luân

Page 16