ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN

Chương 10:

ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ TIN CẬY
1. Khái niệm
Hệ thống điện khi làm việc thì sẽ xuất
hiện sự cố, tần suất xuất hiện sự cố phụ
thuộc vào chất lượng của các thiết bị,
phương thức vận hành của hệ thống, các
yếu tố khách quan,…Để đánh giá được
mức độ an toàn trong vận hành của các
hệ thống, người ta đưa ra khái niệm về
độ tin cậy.

Hình 10.1 Sự cố trên hệ thống

Định nghĩa độ tin cậy như sau: Độ tin
cậy là xác suất làm việc tốt của một
thiết bị trong một chu kỳ dưới các điều
kiện vận hành đã được thử nghiệm.

Độ tin cậy của hệ thống điện phân loại thành hai hướng cơ bản


Đáp ứng hệ thống



An ninh hệ thống

Đáp ứng hệ thống

Liên quan đến khả năng làm việc của máy phát, lưới truyền tải, lưới phân phối
trong việc cung cấp điện tới khách hàng.
Sự đáp ứng sẽ liên quan đến các điều kiện tĩnh của hệ thống.
An ninh hệ thống
An ninh hệ thống nói lên khả năng đáp ứng với các nhiễu loạn xảy ra trong chính
hệ thống đó, do vậy liên quan với hệ thống ở trạng thái động. Chú ý rằng hầu hết
tất cả các kỹ thuật hiện có dùng vào việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện
nằm trong phạm vi đánh giá đáp ứng tĩnh.
Xét một hệ thống từ khâu phát điện ( máy phát) đến khâu phân phối, các phần
khác nhau của hệ thống điện được đánh giá riêng biệt với nhau theo khu vực
chức năng tính toán.

1


MÁY PHÁT

TRUYỀN TẢI

PHÂN PHỐI
Hình 10.2 Mơ hình hệ thống

Khi đó sẽ có 3 mức đánh giá độ tin cậy hệ thống

MỨC I

MÁY PHÁT

MỨC II

TRUYỀN TẢI

MỨC III

PHÂN PHỐI

Hình 10.3 Các mức đánh giá độ tin cậy hệ thống

Mức thứ nhất :
Nghiên cứu về khả năng của hệ máy phát cấp điện cho tải. Hệ thống truyền tải
khơng được xét đến ở mức này. Chỉ số tin cậy của mức thứ nhất là Chỉ Số Dự
Báo Mất Tải (LOLE) và Chỉ Số Dự Báo Thiếu Năng lượng Cung Cấp (LOEE).
Mức thứ hai :
Nghiên cứu về hệ thống phát và hệ thống truyền tải cung cấp năng lượng tại các
nút tải. Các nghiên cứu này là đánh giá hỗn hợp của hệ thống. Chỉ số của mức II
mang tính tồn cục hay tại một thanh cái cung cấp điện gồm có tần suất, thời
gian, phụ tải và năng lượng.
Mức thứ ba :
Liên quan tới cả phát điện, truyền tải, phân phối để xác định sự tương xứng của
tồn hệ thống cung cấp đến khách hàng.
2


Chỉ số của mức thứ ba này là tại điểm tiêu thụ và các chỉ số hệ thống gồm có tần
suất, thời gian, tải và năng lượng.
Trong giáo trình này, chúng ta chỉ xét mức thứ 3.
2. Các chỉ số cơ bản
Cường độ hỏng hóc của phần tử :
Cường độ hỏng hóc (t) là xác suất có điều kiện để một thiết bị làm việc trước
thời gian t và phát triển thành sự cố trong đơn vị thời gian ∆t thời điểm t.

Hàm cường độ hỏng hóc của thiết bị công suất. Dạng hình “lòng máng”và được
chia thành 3 giai đoạn : thời kỳ đầu, thời kỳ vận hành, thời kỳ thoái hóa.

Giai đoạn
mới xuất
xưởng

Giai đoạn
ổn định

Giai đoạn
lão hoá
Thời gian

Hình 10. 4 Hàm hỏng hóc 

Trong khoảng thời gian vận hành, cường độ hỏng hóc là hằng số. Cường độ
hỏng hóc sẽ giảm dần khi thiết bị mới xuất xưởng, đây là thời gian kiểm tra, vận
hành thử nghiệm. Và cường độ hỏng hóc sẽ tăng dần tại giai đoạn lão hóa.
Có thể định nghĩa cường độ hỏng hóc một cách đơn giản hơn: Cường độ hỏng
hóc là số sự cố trên đơn vị thời gian. Cường độ hỏng hóc thường được biểu diễn
bằng số sự cố xảy ra trên mỗi km chiều dài trong một năm.
Cường độ sữa chữa ( )
Các thiết bị điện lực như máy phát,máy biến áp,đường dây đều có thể sửa chửa
để làm việc lại.Trong thời gian phục vụ chúng có các trạng thái như:vận hành,sự
cố, sữa chữa, quy hoạch, bảo trì,…
Định nghĩa cường độ sữa chữa: Xác suất có điều kiện để một thiết bị được sữa
chữa trước thời gian t và được đưa vào vận hành trong đơn vị thời gian t
Thời gian trung bình giửa hỏng hóc ( m )
Thời gian trung bình giửa hỏng hóc hay thời gian trung bình vận hành an toàn

(MTBF- Mean time between failure).
m = 1/

(10.1)

Thời gian sửa chữa trung bình ( r )
Thời gian sửa chữa trung bình (MTTR – Mean time to repair )
r = 1/

(10.2)

Xét trong một chu kỳ sự cố T
3


T=m+r

UP (in)

1
r

(10.3)

1
m

Down
(out)

Down
m1

r1

m2

T1

T2

r2

m3
T3

Hình 10. 4 Chu trình làm việc TB

Xét một thiết bị đang ở trạng thái UP – trạng thái vận hành, thiết bị này sẽ có
thời gian vận hành m, và xác xuất để thiết bị này bị sự cố là λ. Sau thời gian m,
thiết bị chuyển sang trạng thái Down – trạng thái sữa chữa. Sau thời gian sữa
chữa r, thiết bị lại chuyển sang trạng thái UP, với xác xuất là 
Khả năng sẳn sàng làm việc của thiết bị
Hệ số sẵn sàng:
A=



(10.4)



Hệ số không sẵn sàng (FOR):
A = U = FOR =




(10.5)

Ví dụ :
Công ty phân phối có 7500 máy biến áp phân phối đang vận hành trong chu kỳ
10 năm, 140 máy biến áp bị hỏng vì nhiều lý do khác nhau. Một số lượng nhỏ
của chúng có thể được sửa chữa, nhưng hầu hết các số còn lại đều phải thay
bằng máy mới. Thời gian thay thế hoặc sửa chữa sẽ được ghi lại. Cộng tất cả
các thời gian sửa chữa của 140 máy sẽ cho thời gian tổng cộng là 7500 giờ.
Từ các số liệu này, sinh viên hãy xác định các chỉ số độ tin cậy của hệ thống,
giải thích ý nghĩa thực tế của các hệ số.
II. CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐỘ TIN CẬY
1. SAIFI - Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống
System Average Interruption Frequency Index
SAIFI cho biết thông tin về tần suất trung bình các lần mất điện duy trì trên mỗi
khách hàng của một vùng cho trước.
4


Tổng số khách hàng bò mất điện

Tổng số khách hàng có điện

N
N

C



i

 N
N
i

i

i

i – cường độ sự cố tại nút i
Ni – số lượng khách hàng tại nút thứ i
2. SAIDI - Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống
System Average Interruption Duration Index
Cho biết thời gian trung bình của mất điện duy trì.
Thời gian khách hàng bò mất điện

Tổng số khách hàng có điện

 N .d   u N
N
N
C

i

i

i

i

ui – thời gian cắt điện hàng năm tại nút i
Ni – số lượng khách hàng tại nút thứ i
3. CAIFI -Tần suất mất điện trung bình của khách hàng
Customer Average Interruption Frequency Index
Cho biết tần suất trung bình của các lần mất điện duy trì đã xảy ra đối với khách
hàng. Trong phép tính này ta chỉ quan tâm tới số lượng khách hàng và lờ đi số
lần mất điện.
Tổng số khách hàng bò mất điện

Tổng số khách hàng bò ảnh hưởng mất điện

N
N'

C



c

 N

N'
i

i

c

4. CAIDI - Thời gian mất điện trung bình của khách hàng
Customer Average Interruption Duration Index
Thể hiện thời gian phục hồi của mất điện duy trì
Tổng thời gian khách hàng bò mất điện
Tổng số khách hàng bò mất điện



N
N

C
a



u N
 N
i

i

i

i

Đối với khách hàng thực sự trải qua mất điện duy trì, chỉ số này nói lên tổng thời
gian trung bình khơng được cấp điện. Đây là thơng số hỗn hợp của CAIDI và
được chấp nhận tính bằng số khách hàng nhân với số lần mất điện được đếm chỉ
một lần.
5. ASAI - Khả năng sẳn sàng vận hành
Average Service Availability Index
Chỉ tiêu này được biểu diễn dưới dạng phân số của thời gian (thường là phần
trăm), nói lên thời gian có điện của khách hàng trong năm hay trong thời gian
được định trước.
Số giờ khách hàng yêu cầu cấp điện có thể được

Số giờ khách hàng yêu cầu cấp điện

Có thể chứng minh và sử dụng cơng thức sau:
5

 N .8760  u .N
 N .8760
i

i

i

i

ASAI 

8760  SADI
8760

Ví dụ :
Cho số liệu của một hệ thống
Tổng số khách hàng : 28365
Số khách hàng mất điện một năm : 43603
Tổng thời gian mất điện : 3246153 (min)
Tính các chỉ số độ tin cậy
6. ASIFI - Tần số mất điện hệ thống trung bình
Average System Interruption frequency index
Chỉ số này chủ yếu tính tốn độ tin cậy dựa trên cơng suất thay vìứ dựa trên số
lượng khách hàng. Chỉ số này quan trọng đối với phần lớn các khách hàng cơng
nghiệp hay thương mại. Nó còn được dùng cho các mạng cơng cộng ở đó thể
loại khách hàng khơng đa dạng lắm. Tương tự như SAIFI, nó cho biết thơng tin
về tần suất trung bình mất điện duy trì.
Số kVA kết nối vào hệ thống bò mất

ASIFI  Tổng số kVA nối vào hệ thống được cấp điện
7. ASIDI – Thời gian mất điện hệ thống trung bình
Average System Interruption Duration index
Chỉ số này được xây dựng có cùng ý tưởng với ASIFI, nhưng nó thơng tin về
thời gian trung bình mất điện duy trì của hệ thống.
Số phút mất điện

ASIDI  Tổng số kVA nối vào hệ thống được cấp điện
8. ENS - Tổng điện năng khơng được cung cấp bởi hệ thống
Energy Not Supplied

ENS =  La(i).ui
La(i) – Cơng suất tải trung bình tại nút thứ i
ui – thời gian cắt điện hằng năm.
9. AENS - Điện năng trung bình khơng được cung cấp
Average Energy Not Supplied
Tổng điện năng không được cung cấp

Tổng số khách hàng được cấp điện

L u
N
a(i)i
i

10. MAIFI - tần suất trung bình của mất điện thống qua.
Momentary Average Interruption Frequency index
Chỉ số này tương tự như SAIFI, nhưng nó là tần suất trung bình của mất điện
thống qua.

6


MAIFI 

Số khách hàng bò mất điện thoáng qua
Tổng số khách hàng được cấp điện

Ví dụ :
Cho số liệu của một hệ thống
Nút tải

Số lượng khách CS tải trung bình Pi
hàng Ni
(kW)

1

1000

5000

2

800

3600

3

600

2800

4

800

3400

5

500

2400

6

300

1800

Tổng
cộng
Bảng 10.1 Số liệu hệ thống

Số liệu sự cố tồn hệ thống
Trường hợp Nút tải bị ảnh Thời gian mất điện
mất điện
hưởng
d (hours)
2

3

3

3

2

6

2

3

3

1

5

1,5

6

1,5

1

4
Tổng cộng

Bảng 10.2 Số liệu sự cố hệ thống

Tính tất cả các chỉ số hệ thống
III. NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
1. Tìm và sữa chữa nhanh chóng sự cố:
 Sử dụng các thiết bị chỉ thị sự cố : đèn báo, dòng ngắn mạch, …
 Các thiết bị dò tìm sự cố cáp ngầm

 Các đội xử lý sự cố chun nghiệp
7


2. Sử dụng thi công hot line:
 Sử dụng hotline sữa chữa, bảo trì trên các đường dây cao thế, trung thế,
hạ thế
 Máy rửa sứ nóng sạch sứ cách điện một cách hiệu quả với nước áp suất
cao
 Máy lọc dầu nóng: có khả năng cải thiện chất lượng dầu máy biến thế
truyền tải mà không cần cắt điện.
3. Chỉ để mất điện trong trường hợp hợp sự cố lâu dài.


Một phần lớn các sự cố là sự cố thoáng qua, có thể tự phục hồi, ví dụ :
cây quẹt; do chim chóc, chuột, rắn; vầng quang; …



Các thiết bị cho phép tự đóng lại là : recloser và các máy cắt có trang bị
rơle 79.

Recloser
Recloser là loại máy cắt trung thế có chức năng tự
đóng lại. Khi đường dây bị sự cố ( sự cố lần 1),
recloser sẽ tác động cắt lần 1 mở các tiếp điểm. Sau
một khoảng thời gian do người vận hành cài đặt,
recloser sẽ tự đóng lại ( đóng lại lần 1). Nếu sự cố
là sự cố thoáng qua, và sự cố tự bản thân nó đã giải
trừ ( ví dụ con rắn bò lên đường dây, khi bị phóng

điện tạo sự cố, con rắn rơi xuống đất nên sự cố tự
giải trừ), khi đó, hệ thống vận hành bình thường.
Nếu sự cố là vĩnh cữu ( ví dụ do bị đứt dây),
Hình 10. 5 Recloser trên lưới

recloser sẽ tác động cắt lần 2, Số lần tự đóng lại
của recloser do người vận hành cài đặt.
Một số đặc tính của recloser hãng
Cooper:
 Thao tác đóng cắt bằng tay và
tự động.
 Bảo vệ sự cố ngắn mạch
 Cho phép tự đóng lại sau sự cố.
 Ghi nhận thông số vận hành :
dòng điện, điện áp, công suất,
sự kiện ….
 Kết nối với máy vi tính, có thể
điều khiển từ xa

Hình 10. 5 Recloser Cooper

8


Một tính năng cần lưu ý của recloser là phối hợp bảo vệ giữa recloser và các cầu
chì trung thế FCO, điều này đặc biệt cần chú ý khi lắp đặt recloser, cài đặt các
thông số của recloser và chọn dây chảy cho FCO.

Hình 10.5 Phối hợp giữa recloser và cầu chì

4. Hạn chế mức thấp nhất số khách hàng bị mất điện
 Sử dụng các thiết bị có chức năng phân đoạn, cô lập sự cố như : FCO,
DS, LBS, recloser, …
 Kết hợp với phương thức vận hành chuyển nguồn .
Ví dụ :
Cho mô hình một đường dây gồm các đoạn trục chính 1, 2, 3 các nhánh rẽ a, b,
c và các điểm nút tải A, B, C

Thông số đường dây và nhánh rẽ
Đường dây

(f/yr)

r (giờ)

1

0,2

4

2

0,1

4

3

0,3

4

Đoạn

9


Nhánh rẽ
a

0,2

2

b

0,6

2

c

0,4

2

Thông số tải
Stt

Ni

Pi (kW)

A

1000

5000

B

800

4000

C

700

3000

Tính các chỉ số tin cậy
a. Sử dụng cầu chì bảo vệ cho các nhánh rẽ
Sử dụng cầu chì - FCO sẽ cho phép cô lập điểm sự cố, nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện.
Ví dụ:
Xét hệ thống đã được lắp đặt các FCO bảo vệ cho các nhánh rẽ.

Tính các chỉ số tin cậy, so sánh các chỉ số này với các chỉ số trước khi lắp FCO.

b. Sử dụng dao cách ly phân đoạn
Dao cách ly – Disconnect Switch, hay còn gọi là DS là thiết bị phân đoạn được
sử dụng tương đối phổ biến. Một điểm cần chú ý của DCL là chỉ cho phép đóng
cắt không tải.
Khi một phần của hệ thống bị sự cố, máy cắt đầu nguồn sẽ tác động. Nhân viên
vận hành sẽ có nhiệm vụ kiểm tra, tìm điểm sự cố. Nếu sự cố là vĩnh cữu, DS
phân đoạn được mở ra, cô lập điểm sự cố trong thời gian sữa chữa. Sau khi sự cố
10


được khắc phục xong, quá trình tái lập được thực hiện bằng cách mở MC đầu
nguồn, đóng DS phân đoạn và sau đóng đóng MC đầu nguồn.
Ví dụ:
Cho rằng thời gian thao tác DCL là 0.5h. Tính các chỉ số độ tin cậy cho hệ
thống sau khi đã được lắp đặt 2 DCL phân đoạn trên trục chính. Chú ý : không
tính các quá trình đóng, cắt MC đầu nguồn để thao tác DCL.

1

2

3


a

b

A

c

B

C

c. Chuyển nguồn :
Rõ ràng nếu hệ thống được kết nối mạch vòng kín, vận hành hở thì độ tin cậy sẽ
được tăng lên rất nhiều. Nó bảo đảm rằng khi một phía của nguồn bị sự cố ( sự
cố đầu nguồn, sự cố đường dây, …) thì các phụ tải vẫn được cung cấp điện từ
một hướng nguồn khác.
Ví dụ:
Cho rằng thời gian thao tác DCL là 0.5h. Tính các chỉ số của hệ thống khi được
kết nối thêm với một nguồn dự phòng. Chú ý : không tính các quá trình đóng, cắt
MC đầu nguồn để thao tác DCL.

1

2

3



a

Nguồn
chính

A

b
B

c
C

Nguồn
DP

5. Kiểm tra, bảo trì


Kiểm tra thường xuyên, định kỳ các thiết bị trên lưới điện : dây dẫn, mối
nối, CB, LA, …

 Có kế hoạch sữa chữa, duy tu theo kế hoạch
11


 Thay thế các thiết vận hành theo một khoảng thời gian nhất định.

Kiểm tra đường dây 500Kv
Nguồn : Công ty truyền tải Điện 4

12