Tính toán, phân tích hiện trạng lưới điện khu di tích kim liên, huyện nam đàn và đánh giá độ tin cậy cung cấp điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN XUÂN TÙNG

TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU
DI TÍCH KIM LIÊN HUYỆN NAM ĐÀN VÀ ĐÁNH GIÁ
ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS LÃ VĂN ÚT

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây 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
được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào 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 GS. TS Lã Văn Út đã
tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu.
Hà Nội, ngày ….. tháng ….. năm 2014
Tác giả luận văn

Trẫn Xuân Tùng

ii


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, đến nay đề tài “Tính toán, phân tích
hiện trạng lưới điện khu di tích Kim Liên, huyện Nam Đàn và đánh giá độ tin
cậy cung cấp điện” đã được hoàn thành. Trong thời gian thực hiện đề tài tôi
đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và
ngoài trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Lã Văn Út
nguyên cán bộ Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã
tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống
điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các anh chị lớp học viên cao học
12AKTĐHTĐ-VINH, các cán bộ Điện lực Nam Đàn – Công ty Điện lực
Nghệ An, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do hạn chế về trình độ, kiến thức, thời
gian thực hiện nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, khiếm
khuyết. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và
các đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn.
Tác giả

iii


MỤC LỤC
Trang

LỜI CAM ĐOAN

ii

LỜI CẢM ƠN

iii

MỤC LỤC

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

viii

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

ix

MỞ ĐẦU

1

1

Lý do chọn đề tài

1

2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1

3

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

2

4

Nội dung chính của luận văn

2

Chương 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CUNG

3

CẤP ĐIỆN
1.1

Khái niệm chung về độ tin cậy cung cấp điện

3

1.1.1

Hệ thống điện và các phần tử

3

1.1.2

Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện

3

1.1.3

Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện

5

1.2

Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của HTCCĐ

7

1.2.1

Đặc điểm của hệ thống điện về mật độ tin cậy

7

1.2.2

Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện

8

1.2.3

Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện

8

1.2.4

Biện pháp thực hiện nâng cao độ tin cậy trong phạm vi luận văn

11

1.3

Tổng quan các phương pháp tính toán ĐTCCCĐ

12

1.3.1

Phương pháp đồ thị - giải tích tính toán độ tin cậy của LĐPP

12

1.3.2

Phương pháp không gian trạng thái

12

1.3.3

Phương pháp cây hỏng hóc

13
iv


1.3.4

Phương pháp mô phỏng Monte Carlo

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP ĐÔ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TOÁN ĐỘ

13
15

TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
2.1

Đặt vấn đề

15

2.2

Mô hình bài toán và cơ sở phương pháp tính

16

2.3

Tính toán độ tin cậy cung cấp điện

25

2.3.1

Lưới điện hình tia không nguồn dự phòng

25

2.3.2

Lưới điện hình tia có nguồn dự phòng

27

2.4

Ví dụ tính toán độ tin cậy cung cấp điện theo phương pháp đồ

29

thị giải tích
2.4.1

Sơ đồ và số liệu ban đầu

29

2.4.2

Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau

32

2.5

Chương trình tính toán ĐTCCCĐ

38

2.6

Kết luận chương 2

40

Chương 3. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN

42

NAM ĐÀN
3.1

Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội khu di tích Kim Liên, huyện

42

Nam Đàn
3.2

Tổng quan về lưới điện phân phối

43

3.3

Đánh giá hiện trạng nguồn và LĐPP huyện Nam Đàn

45

3.3.1

Nguồn điện

46

3.3.2

Lưới điện

47

3.3.2.1 Lưới điện 35kV

47

3.3.2.2 Lưới điện 10kV

47

3.3.2.3 Trạm biến áp phân phối

48

3.3.2.4 Thông số vận hành của lưới điện huyện Nam Đàn

49

3.3.2.5 Liên kết lưới điện huyện Nam Đàn với lưới điện trong khu vực

50

tỉnh Nghệ An
3.4

Quản lý kỹ thuật của Điện lực Nam Đàn
v

51


3.5

Kết luận chương 3

53

Chương 4. SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN CHẾ

55

ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN LỘ
371E15.15 HUYỆN NAM ĐÀN
4.1

Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT

55

4.1.1

Khái quát chung

55

4.1.2

Cơ sở tính toán

55

4.1.3

Yêu cầu dữ liệu lưới điện cho PSS/ADEPT

56

4.2

Tính toán số liệu nút phụ tải của đường dây 371E15.15

59

4.3

Tính toán sự phân bố dòng điện, điện áp và công suất tại các

67

nút bằng chương trình PSS
4.3.1

Phân bố dòng, điện áp, công suất và tổn thất công suất tại các

67

nút
4.3.2

Tổng hợp sự phân bố điện áp tại các nút

67

4.3.3

Nguyên nhân tổn thất công suất của đường dây 371E15.15

70

4.3.4

Các biện pháp giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất
đường dây 371E15.15

4.4

Ứng dụng phương pháp đồ thị giải tích tính toán chế độ tin cậy
cung cấp điện khu di tích Kim Liên thuộc lộ 371E15.15

4.5

Kết luận chương 4

71
72
83

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ

84

TÀI LIỆU THAM KHẢO

86

PHỤ LỤC

87

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng

STT

Trang

2.1

Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải

31

2.2

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ

35

2.3

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ

38

3.1

Thông số kỹ thuật của các đường dây 35kV

47

3.2

Thông số kỹ thuật của các đường dây 10kV

48

3.3

Thống kê TBA phân phối trên các ĐZ xuất tuyến

49

3.4

Thông số phụ tải huyện Nam Đàn năm 2013

49

3.5

Tổn thất điện năng huyện Nam Đàn

49

3.6

Thống kê và so sánh số vụ sự cố đường dây xuất tuyến

51

3.7

Phân loại sự cố lưới điện trung áp

52

4.1

Bảng số liệu nút phụ tải đường dây 371E15.15

59

4.2

Bảng số liệu nhánh đường dây 371E15.15

62

4.3

Kết quả điện áp các nút cao áp khi thanh cái nguồn cao áp đặt

68

36.5kV
4.4

Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải

74

4.5

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC (không nguồn DP)

78

4.6

Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC (có nguồn DP)

82

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
STT

Trang

Tên hình

2.1

Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối

15

2.2

Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu

17

2.3

Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian

19

2.4

Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực

20

2.5

Sơ đồ HTCCĐ hình tia

25

2.6

Lưới điện điều khiển tự động có nguồn dự phòng

27

2.7

Sơ đồ lưới điện ví dụ

29

2.8

Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán

30

2.9

Sơ đồ khối chương trình tính toán ĐTCCCĐ

40

3.1

Lưới phân phối hình tia không phân đoạn

44

3.2

Lưới phân phối hình tia có phân đoạn

44

3.3

Lưới điện kín vận hành hở

45

4.1

Sơ đồ nguyên lý lộ 371 E15.15

58

4.2

Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực

73

4.3

Biểu đồ phụ tải 3 khu vực

73

4.4

Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực xét tới nguồn dự phòng

79

viii


DANH MỤC CÁC CHỨ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
CCĐ

: Cung cấp điện

DCL

: Dao cách ly

DCLTĐ

: Dao cách ly tự động

DPĐ

: Dao phân đoạn

DPĐTĐ

: Dao phân đoạn tự động

ĐTC

: Độ tin cậy

ĐTCCCĐ : Độ tin cậy cung cấp điện
ĐZ

: Đường dây

LĐPP

: Lưới điện phân phối

MC

: Máy cắt

NMĐ

: Nhà máy điện

HTĐ

: Hệ thống điện

HTCCĐ

: Hệ thống cung cấp điện

E15.15

: Trạm 110 kV Nam Đàn

TBĐC

: Thiết bị đóng cắt

TBPĐ

: Thiết bị phân đoạn

TBA

: Trạm biến áp

ix


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vấn đề đang đặt ra cho ngành điện nói chung và Điện lực Nam Đàn Công ty Điện lực Nghệ An nói riêng hiện nay là với sự phát triển nguồn và
lưới điện trong tương lai lớn mạnh, làm sao cho chất lượng điện năng cung

cấp cho khách hàng luôn đảm bảo trong phạm vi cho phép, đồng thời phải
giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối ở mức thấp nhất và độ tin cậy
hợp lý. Vấn đề nâng cao độ tin cậy lưới điện đã trở thành mục tiêu và nhiệm
vụ quan trọng hàng đầu trong sản xuất kinh doanh của ngành điện. Để giải
quyết vấn đề này cần phải thực hiện nhiều giải pháp khác nhau, trong đó việc
tính toán và lựa chọn phương án vận hành thích hợp cho lưới điện phân phối
sẽ mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho ngành điện như giảm tổn thất điện
năng trên lưới, nâng cao độ tin cậy...
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.
Với đề tài: “Tính toán, phân tích hiện trạng lưới điện khu di tích Kim
Liên, huyện Nam Đàn và đánh giá độ tin cậy cung cấp điện” luận văn muốn
đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tính toán
độ tin cậy cung cấp điện, xác định các chỉ tiêu độ tin cậy cho các hộ phụ tải.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp Đồ thị - Giải tích đánh giá độ tin cậy cung cấp
điện (ĐTC CCĐ) của lưới điện phân phối có và không có nguồn dự phòng. Đã

1


áp dụng tính toán ĐTC CCĐ cho các phụ tải thuộc lộ 371E15.15 huyện Nam
Đàn.
Khai thác phần mềm PSS/ADEPT để tính toán phân tích hiện trạng lưới
điện khu di tích Kim Liên của Điện lực Nam Đàn, tỉnh Nghệ An.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Cơ sở hóa lý thuyết độ tin cậy cung cấp điện, nghiên cứu phương pháp
đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối hình tia có phân

đoạn bằng dao cách ly. Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối
và đề xuất các giải pháp đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
- Khai thác phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator /
Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) để phân tích, đánh giá
hiện trạng các chỉ tiêu kỹ thuật và đề xuất các giải pháp để giảm tổn thất điện
áp, tổn thất điện năng trên lưới phân phối.
4. Nội dung chính của luận văn
Mở đầu.
Chương 1. Các phương pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện.
Chương 2. Phương pháp đồ thị giải tích tính toán độ tin cậy cung cấp
điện của lưới điện phân phối.
Chương 3. Tổng quan lưới điện phân phối huyện Nam Đàn.
Chương 4. Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán chế độ xác lập và
đánh giá hiện trạng lưới điện lộ 371E15.15 huyện Nam Đàn.
Kết luận chung và kiến nghị.

2


Chương 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1.1. Hệ thống điện và các phần tử
- Hệ thống nói chung: là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu
trúc nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống
nhất hoạt động. Bản thân các phần tử có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét
riêng nó là một hệ thống.
- Phần tử: là các bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình
nhất định, được xem là một thực thể duy nhất không thể chia cắt được, đặc

trưng bởi các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài
chứ không phụ thuộc vào các cấu trúc bên trong của phần tử.
- Hệ thống điện: là hệ thống trong đó các phần tử là máy phát điên, máy
biến áp, đường dây tải điện… Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền
tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ. Điện năng phải đảm bảo các
tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý. Hệ thống điện
phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất.
Người ta còn sử dụng khái niệm hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) đề
chỉ tập hợp các phần tử nằm trong sơ đồ phần lưới điện cung cấp cho phụ tải
một khu vực. Khi đó lưới điện phân phối có thể hiều là HTCCĐ địa phương.
Các khái niệm này chỉ có ý nghĩa tương đối (không hoàn toàn chính xác).
1.1.2. Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện.
Các phần tử của lưới điện như là: đường dây, máy biến áp, TBĐC… mà
độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ
tin cậy của lưới điện.

3


Các phân tử của HTCCĐ trong vận hành đều có thể bị hỏng bất ngờ.
Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t). Trong nghiên cứu
ĐTC lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng
giá trị trung bình của λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử
trong năm.
Ta có : λ = 1/ tlv

(lần/năm).

Trong đó tlv là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt.
Các phần tử hỏng hóc có thể được sửa chữa, phục hồi lại sự làm việc

bình thường với hệ thống sau một thời gian. Khi đó phần tử được gọi là phần
tử có phục hồi.
Các phần tử của hệ thống điện là các phần tử có phục hồi. Khi bị hỏng,
nó được sửa chữa sau đó lại tiếp tục vận hành. Gọi thời gian sửa chữa sự cố là
Th , ta có cường độ phục hồi như sau:
µ=

1
Th

Như vậy phần tử có phục hồi chỉ ngừng làm việc trong thời gian sửa
chữa. Để thực hiện đặc tính này cần sử dụng một đại lượng mới và được gọi là
độ sẵn sàng A.
Ta có:

A

Tlv
Tlv  Th

Độ sẵn sàng cũng chính là xác suất để phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng
phục vụ trong thời điểm bất kỳ t.
Ngoài số lần ngừng làm việc do hỏng hóc, các phần tử lưới điện, trong
năm còn phải cắt điện một số lần để làm công tác bảo quản và được đặc trưng
bởi số lần ngừng điện trung bình năm λCT và thời gian trung bình 1 lần ngừng
điện công tác TCT.

4

1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện.
Đối với HTĐ nói chung và HTCCĐ nói riêng, người ta đưa ra hàng loạt
các chỉ tiêu khác nhau, liên quan đến các đại lượng cần quan tâm:
a. Tần suất mất điện trung bình hệ thống
(System average interruption frequency index - SAIFI)
SAIFI =
Trong đó:

Tæng sè kh¸ch hµng bi mÊt ®iÖn
Tæng sè kh¸ch hµng

=

  .N
N
i

i

i

λi là cường độ hỏng hóc.
Ni là tổng số khách hàng tại khu vực phụ tải i.

Chỉ số SAIFI cho biết số lần mất điện trung bình trong một năm cho
một khách hàng (KH) dùng điện.
b. Thời gian mất điện trung bình của một hệ thống
(System average interruption duration index - SAIDI)
SAIDI =

Tæng thêi gian mÊt ®iÖn cña kh¸ch hµng
Tæng sè kh¸ch hµng

=

 T .N
N
Ni

i

i

Trong đó: TNi là thời gian mất điện.
c. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng
(Customer interruption duration index - CAIDI)
CAIDI =

Tæng thêi gian mÊt ®iÖn cña kh¸ch hµng
Tæng sè kh¸ch hµng bi mÊt ®iÖn

=

 U .N
  .N
i

i

i

i

Trong đó: Ui là thời gian mất điện của sự kiện i. Chỉ số CAIDI cho biết
thời gian mất điện trung bình trong năm cho một khách hàng dùng điện.
d. Thời gian mất điện trung bình một vụ
(Customer average interruption frequency index - CAIFI)
CAIFI =

Tæng sè kh¸ch hµng bi mÊt ®iÖn
Tæng sè kh¸ch hµng bi ¶nh h­ëng

5


Chỉ số này khác với SAIFI ở phần mẫu số. Chỉ số này rất có ích khi so
sánh giữa các năm với nhau, khi mà không phải tất cả khách hàng bị ảnh
hưởng và nhiều khách hàng vẫn được cung cấp điện. Giá trị CAIFI rất tiện lợi
khi xét theo thời gian của một hệ thống phân phối cụ thể.
e. Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình của hệ thống
(Average service availability index - ASAI )
ASAI =

Tæng thêi gian KH ®­îc cÊp ®iÖn
Tæng thêi gian KH co nhu cÇu

=

 N  8760  T
 N  8760

i

NDi

.Ni

i

- Độ không sẵn sàng cung cấp điện trung bình
(Average service unavailability index - ASUI)
ASUI = 1- ASAI
f. Kỳ vọng điện năng thiếu hụt
(Expected Unserved Energy - EUE)
Kỳ vọng điện năng thiếu hụt EUE là điện năng thiếu hụt kỳ vọng trong
khoảng thời gian xét. Kỳ vọng điện năng thiếu hụt có thể tính được bằng công
thức sau:
EUE = ∑ La(i) Ui
Trong đó : La(i) là phụ tải trung bình nối vào điểm i.
Tùy theo mục đích của bài toán, có thể lựa chọn các chỉ tiêu để đánh giá
ĐTCCCĐ cho phù hợp.
Để đánh giá độ tin cậy của HTCCĐ trong quản lý vận hành cần quan
tâm tới những chỉ số chung, đặc trưng, thuận tiện áp dụng. Lựa chọn các chỉ
tiêu để đánh giá ĐTC lưới điện phân phối sau:
- Thời gian ngừng CCĐ cho các khách hàng trong năm (TNĐ).
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ thời gian mất điện trung bình
của khách hàng trong năm, đơn vị tính h/năm (tương tự như CAIDI).

6

- Thời gian mất điện trung bình hệ thống (SAIDI).
- Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình hệ thống (ASAI).
Các chỉ tiêu này giúp người lập, quản lý có thể đánh giá được độ tin cậy
CCĐ cho các khách hàng và so sánh với yêu cầu.
- Điện năng ngừng CCĐ (ANĐ).
Điện năng ngừng CCĐ được xem xét cho khách hàng và của toàn
HTCCĐ.
+ Điện năng ngừng CCĐ cho các khách hàng:
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ điện năng bị mất do ngừng
CCĐ đối với khách hàng, đơn vị tính kWh/năm.
Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lý có thể đánh giá được
mức độ thiết hại của khách hàng do ĐTC kém tin cậy gây ra.
+ Điện năng ngừng CCĐ cho HTCCĐ:
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới HTCCĐ, chỉ điện năng ngừng CCĐ của
HTCCĐ trong năm, đơn vị tính kWh/năm.
Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lý có thể đánh giá chung
được ĐTC của toàn HTCCĐ về phương diện thỏa mãn nhu cầu điện năng.
1.2. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HTCCĐ.
1.2.1. Đặc điểm của hệ thống điện về mặt độ tin cậy.
- Có nhiều phân tử, các phân tử đa dạng, có nhiều trạng thái làm việc và
có thể phục hồi.
- Mối liên hệ giữa các phân tử là phức tạp.
- Hệ thống điện là hệ thống có dự phòng về: công suất, năng lượng sơ
cấp, số phân tử và khả năng tải của chúng, sơ đồ nối dây.
- Hệ thống điện có khả năng phục hồi do các phần tử của nó có khả
năng phục hồi.

7

- Hệ thống điện có nhiều trạng thái làm việc, mỗi trạng thái tương ứng
mức độ hoàn thành công việc khác nhau.
- Hệ thống điện có bão dưỡng định kỳ: tiểu tu, trung tu, và đại tu. Khi
phần tử hết hạn sử dụng sẽ được loại bỏ và thay bằng phần tử mới, do đó hệ
thống điện luôn ở trong giai đoạn làm việc bình thường với cường độ hỏng
hóc trung bình là hằng số.
- Tác động vận hành phức tạp.
1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện.
- Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: dự trữ năng lượng sơ cấp, dự trữ công
suất nguồn, công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới điện về phát nóng, về
tổn thất điện áp, về ổn định tĩnh và ổn định động, dự trữ thiết bị thay thế.
- Hoàn thiện cấu trúc lưới điện làm cho chúng trở nên linh hoạt, có độ
dự trữ cao và có khả năng thích ứng nhanh với mọi tình huống vận hành.
- Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển tự động và điều chỉnh
chế độ ngày càng hoàn thiện.
- Sử dụng các thiết bị điện có chất lượng cao.
- Tổ chức tốt các hệ thống quản lý, vận hành.
- Không ngừng nâng cao khả năng vận hành của cán bộ, kỹ sư, công
nhân vận hành.
1.2.3. Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện.
a. Nâng cao năng lực thông qua một số phần tử yếu.
- Mỗi phần tử trong hệ thống có một khả năng truyền tải công suất nhất
định, để nâng cao năng lực của hệ thống thì ta cần nâng cao năng lực phần tử
có khả năng tải thấp (phần tử yếu).
- Nếu phần tử “yếu” ở trong hệ thống là máy biến áp chẳng hạn, ta có
thể tăng khả năng truyền tải bằng cách nâng công suất của máy biến áp. Nếu
đó là đường dây thì ta tăng khả năng truyền tải bằng cách tăng tiết diện dây
8

dẫn hoặc mắc thêm lộ song song. Trường hợp phần tử “yếu” trong hệ thống là
máy cắt, dao cách ly hay aptomat, biện pháp nâng cao năng lực thông qua của
các phần tử này là chọn các thiết bị có dòng cho phép cao hơn…
b. Tăng mức độ dự phòng về cấu trúc.
Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, chẳng hạn theo chỉ tiêu giảm
xác suất hỏng hóc của hệ thống để tạo ra độ dôi dư về cấu trúc. Hệ thống có
thêm những phần tử gọi là hệ thống có dự phòng.
* Theo phương pháp nối các phần tử dự phòng, người ta phân chia ra dự
phòng cố định và dự phòng thay thế:
- Dự phòng cố định: Các phần từ dự phòng được nối song song cố định
với các phần tử làm việc trong suốt thời gian công tác của hệ thống. Tất cả các
phần từ được nối cố định, trong quá trình hỏng hóc xem như là được tự động
ngắt ra khỏi hệ thống. Nhược điểm của phương pháp dự phòng này là các
phần tử dự phòng sẽ bị hao mòn vì cũng phải chịu tác động của tải cho dù có
thể ít hơn trong suốt quá trình làm việc.
- Dự phòng thay thế: Khi xảy ra hư hỏng, phần tử làm việc sẽ được cắt
ra và thay vào bằng phần tử dự phòng. Thao tác này có thể tự động hoặc bằng
tay. Trước khi được đưa vào làm việc, các phần từ dự phòng có thể ở trạng
thái mang tải nhẹ hoặc không mang tải để bảo toàn năng lực của các phần tử
dự phòng và nâng cao độ tin cậy chung của hệ thống.
Ngoài ra đề thay thế bất kỳ một phần tử công tác cùng loại này, có thể
sử dung một hoặc một số phần tử dự phòng. Dự phòng bằng phương pháp thay
thế đòi hỏi một số thiết bị để kiểm tra trạng thái của các phần tử, để cắt các
phần tử bị hỏng ra khỏi hệ thống và đưa các phần tử dự phòng vào làm việc.
Nhóm thiết bị này được gọi chung là thiết bị đổi nối. Các thiết bị đổi nối cũng
có khả năng bị hỏng hóc do đó khi tính toán độ tin cậy của hệ thống cần xét
đến những hỏng hóc của thiết bị đổi nối.
9

* Theo chế độ làm việc của các phần tử dự phòng trước khi đưa vào
thay thế cho phần tử chính người ta chia ra làm ba loại chế độ dự phòng:
- Dự phòng mang tải: Phần tử dự phòng làm việc trong cùng một chế
độ với phần tử chính không phụ thuộc vào thời điểm đưa phần từ dự phòng
vào làm việc.
- Dự phòng mang tải nhẹ: Các phần tử dự phòng trước khi được đưa
vào thay thế cho phần tử chính có mang tải, nhưng tải này yếu hơn tải cùa các
phần tử chính. Độ tin cậy của các phần tử dự phòng ở trạng thái mang tải nhẹ
này có độ tin cậy cao hơn đô tin cậy của các phần tử chính.
- Dự phòng không mang tải: Các phần tử dự phòng được tách ra khỏi
hệ thống cho đến khi được đưa vào thay thế cho các phần tử chính.
* Nhận xét: Có thể nhận thấy rằng khi dự phòng cố định các dự phòng
đều mang tải, còn khi dự phòng bằng phương pháp thay thế thì các phần tử dự
phòng có thể ở một trong ba trạng thái mang tải đã xét trên đây.
Để tăng độ tin cậy của hệ thống có thể tổ chức dự phòng chung cho toàn
hệ thống hoặc dự phòng riêng cho từng phần tử trong hệ thống. Độ tin cậy của
hệ thống có dự phòng phụ thuộc vào số phần tử dự phòng m đối với một phần
tử công tác. Số m gọi là bội số dự phòng.
c. Sử dụng các thiết bị tự động trong lưới điện.
Để nâng cao độ tin cậy, đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn
người ta sử dụng một số các thiết bị tự động như: tự động đóng lại, tự động
đóng dự trữ, tự động giảm tải sự cố theo tần số, tự động điều chỉnh điện áp…
Việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét mọi khía
cạnh của hệ thống và phải phối hợp với nhiều mặt như chọn sơ đồ nối dây,
chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác các thiết bị tự
động…

10

- Sử dụng các thiết bị phân đoạn cách ly sự cố: Khi một phần tử bị sự
cố, các thiết bị đóng cắt gần nhất sẽ tác động, cách ly phần tử bị sự cố, thực
hiện các thao tác đổi nối, các phần tử còn lại không bị hỏng hóc có thể tiếp tục
làm việc.
- Tự động đóng lại: Thực chất của tự động đóng lại là khi một phần tử
của hệ thống cung cấp điện bị tự động ngắt ra, sau một thời gian xác định
được đóng trở lại vào điện áp (nếu như không bị cấm đóng trở lại) và nếu như
nguyên nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn nữa thì phần tử có thể tiếp
tục làm việc.
- Tự động đóng dự phòng: Một trong những biện pháp để nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện là đặt các phần tử dự phòng trong hệ thống điện. Để đưa
phần tử dự phòn vào làm việc nhanh chóng và an toàn thường đặt các thiết bị
tự động đóng dự phòng. Trong trường hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì
thiết bị tự động đóng dự phòng sẽ đóng nguồn cung cấp dự phòng.
- Tự động giảm tải theo tần số: Khi hệ thống bị quá tải tần số dòng điện
sẽ bị giảm xuống. Tần số giảm nghiêm trọng có thể dẫn đến khả năng làm tan
rã hệ thống. Tự giảm tải theo tần số nhằm cắt một phần hộ tiêu thụ khi tần số
trong hệ thống giảm với mục đích bớt phụ tải và khôi phục lại tần số danh
định.
- Tự động điều chỉnh điện áp: Điện áp là một trong hai chỉ tiêu cơ bản
của chất lượng điện năng. Nếu đặt điện áp vào phụ tải không hoàn toàn đúng
với điện áp định mức của phụ tải yêu cầu thì ít hay nhiều tình trạng làm việc
của thiết bị sẽ trở nên không tốt, làm giảm tuồi thọ, tăng xác suất hỏng thiết bị,
vì vậy tự động điều chỉnh điện áp là một biện pháp nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện.

11


1.2.4. Biện pháp thực hiện nâng cao độ tin cậy trong phạm vi luận văn.

Trong phạm vi luận văn, biện pháp sử dụng thiết bị phân đoạn như dao
cách ly, máy cắt được xem xét nghiên cứu để nâng cao độ tin cậy của lưới
điện phân phối. Đối với lưới điện phân phối hiện tại, các thiết bị đóng cắt
được sử dụng phổ biến với mục đích cách ly sự cố, đảm bảo công tác vận
hành, duy tu, bão dưỡng thay thế thiết bị, việc bố trí thiết bị đóng cắt nhằm
mục đích nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất điện năng do ngừng điện sự cố
hoặc ngừng điện công tác chưa được chú ý xem xét.
1.3. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐTCCCĐ
Tùy theo mục đích và phạm vi nghiên cứu, để tính toán ĐTC của HTĐ
người ta đã đưa ra các phương pháp khác nhau. Có thể phân loại như sau:
1.3.1. Phương pháp đồ thị - giải tích.
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ ĐTC và áp dụng phương pháp
giải tích bằng đại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp để tính toán ĐTC.
Sơ đồ ĐTC bao gồm:
- Các nút trong đó có nút nguồn, nút tải, nút trung gian
- Nhánh được thể hiện bằng các khối mô tả trạng thái tốt của các phần
tử. Phương pháp đồ thị - giải tích áp dụng rất hiệu quả cho các bài toán độ tin
cậy lưới điện.
1.3.2. Phương pháp không gian trạng thái.
Trong phương pháp này, hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt
động và khả năng chuyển giữa các trạng thái đó.
Trạng thái hệ thống được xác định bởi tổ hợp các trạng thái của các
phần tử. Mỗi tổ hợp trạng thái của phần tử cho một trạng thái của hệ thống.
Phương pháp không gian trạng thái có thể xét các phần tử có nhiều
trạng thái khác nhau và với các giả thiết nhất định có thể áp dụng phương pháp

12


quá trình Markov một cách hiệu quả để tính xác suất trạng thái và tần suất

trạng thái, từ đó tính được các chỉ tiêu ĐTC của HTCCĐ.
Phương pháp không gian trạng thái chủ yếu được sử dụng trong bài toán
đánh giá độ tin cậy công suất nguồn điện.
1.3.3. Phương pháp cây hỏng hóc.
Cây hỏng hóc mô tả bằng độ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng
hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên
cơ sở hàm đại số Boole. Cơ sở cuối cùng để tính toán là các hỏng hóc cơ bản
của các phần tử.
Cây hỏng hóc mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần
tử và từng mảng của hệ thống một cách rõ nét, giữa các hỏng hóc cơ bản và
hỏng hóc đỉnh mà ta đang khảo sát.
Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với bài toán độ tin cậy của nhà
máy điện.
1.3.4. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo
Monte Carlo là phương pháp mô phỏng hoạt động của các phần tử trong
hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên. Nó tạo ra lịch sử hoạt động của phần
tử và hệ thống một cách nhân tạo trên máy tính điện tử, sau đó sử dụng các
phương pháp đánh giá thống kê để phân tích, rút ra các kết luận ĐTC của phần
tử và hệ thống.
Phương pháp này cho phép xét đến tác động vận hành tới các chỉ tiêu
ĐTC, tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này cần nhiều thời gian, khối
lượng tính toán lớn.
Nhìn chung các phương pháp tính toán ĐTC của HTĐ phức tạp đều có
những ưu nhược điểm, việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ thuộc vào
nhiệm vụ và yêu cầu do bài toán đặt ra. Hơn nữa, trong những điều kiện cụ thể

13


người nghiên cứu luôn luôn phải vận dụng và phát triển phương pháp ở mức

độ nhất định trước khi áp dụng tính toán cho sơ đồ thực tế.
Luận văn đi sâu tìm hiểu và áp dụng phương pháp đồ thị - giải tích
nhằm tính toán ĐTC của lưới điện phân phối. Đặc điểm của lưới điện này là
có sơ đồ hình tia nhưng có thể là lưới kín vận hành hở và có nguồn dự phòng.

14


Chương 2
PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
2.1. Đặt vấn đề
ĐTCCCĐ ngày càng được quan tâm, đặc biệt là từ phía khách hàng.
Những khách hàng đặc biệt, có yêu cầu cao về chất lượng điện năng và
ĐTCCCĐ cần được cung cấp từ ít nhất 2 nguồn theo sơ đồ lưới kín vận hành
hở. Cũng có thể sử dụng thêm dự phòng là nguồn điện phân tán.
Như vậy cấu trúc chung về sơ đồ HTCCĐ khi phân tích ĐTC có thể
biểu diễn như hình 2.1.

Lưới điện lân cận
Có khả năng cung
cấp hạn chế
3

TC hạ áp
trạm 110 kV

4

5

6

7

8

9

12
1

10

2
13

~

14

Nguồn điện
phân tán

11
Khách hàng đặc biệt

Hình 2.1. Sơ đồ lưới điện phân phối có dự phòng
Thực tế ĐTCCCĐ đảm bảo được cho mỗi khách hàng không giống nhau, phụ
thuộc hàng loạt yếu tố:

- Vị trí phụ tải (khách hàng) trên sơ đồ.
- Cấu trúc LĐPP, trong đó có các thiết bị phân đoạn.

15


- Giới hạn công suất hỗ trợ từ nguồn dự phòng là lưới điện lân cận và vị
trí kết nối của nguồn này sang lưới đang xét, ĐTCCCĐ của chính nguồn này
tính đến điểm kết nối.
- Giới hạn cung cấp của nguồn điện phân tán, thời gian khởi động của
nó.
- Thời điểm xảy ra sự cố (tương ứng với tổng phụ tải tiêu thụ lớn hay
bé)…
Nghiên cứu phương pháp tính toán ĐTCCCĐ cho mỗi khách hàng và
đánh giá chung cho toàn lưới, xét đến các yếu tố nêu trên là nội dung nội dung
rất quan trong đổi với thực tế hiện nay.
Cũng cần nói thêm là, lĩnh vực nghiên cứu tính toán ĐTC đối với HTĐ
bao hàm những nội dung rất đa dạng, với những mục tiêu (bài toán) khác
nhau: ĐTC nguồn điện, ĐTC lưới truyền tải, ĐTC lưới điện phân phối, ĐTC
hệ thống bảo vệ và điều khiển, ĐTC đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng…
Luận văn quan tâm chủ yếu các vấn đề liên quan đến bài toán ĐTC của lưới
điện phân phối, do đó các nội dung tính toán ĐTC cũng tập trung chủ yếu vào
sơ đồ hình tia với cấu trúc kín vận hành hở và đặc biệt quan tâm đến ĐTC
cung cấp điện cho khách hàng (phụ tải điện).
2.2. Mô hình bài toán và cơ sở phương pháp tính
2.2.1. Mô tả bài toán
Lưới điện được đưa vào xem xét, tính toán ĐTCCCĐ bao gồm: các
khách hàng (phụ tải), thanh cái nguồn cung cấp chính, các nguồn điện dự
phòng. Các thiết bị phân đoạn (TBPĐ) đặt tại một số vị trí trên các mạch
đường dây có thể là các dao cách li (DCL) thường, DCL tự động hay máy cắt

(MC). Sơ đồ điển hình cho ví dụ như trên hình 2.2.

16