Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết bị chỉ thị sự cố trong lưới phân phối 473 thuộc trạm E10 1 110 35 22kv Hòa Bình

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

Vũ Đức Dũng

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
CỦA THIẾT BỊ CHỈ THỊ SỰ CỐ TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI 473
THUỘC TRẠM E10.1 110/35/22kV HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2019


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

Vũ Đức Dũng

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
CỦA THIẾT BỊ CHỈ THỊ SỰ CỐ TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI 473
THUỘC TRẠM E10.1 110/35/22kV HÒA BÌNH

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

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÃ MINH KHÁNH

Hà Nội – 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các nghiên cứu và
kết quả đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố
trong bất kỳ một bản luận văn nào trƣớc đây.
Tác giả luận văn

Vũ Đức Dũng

i


MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ..............................................................vi
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY VẦ YÊU CẦU BẢO ĐẢM CÁC
CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .......................................4
1.1 Các định nghĩa và khái niệm.............................................................................4
1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử ....................................................................4
1.1.2 Độ tin cậy của hệ thống điện .....................................................................5
1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện ...................................6
1.1.4 Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện .....................................................9
1.1.5 Độ tin cậy của các phần tử ......................................................................11

1.2 Yêu cầu bảo đảm các chỉ tiêu độ tin cậy trong vận hành lƣới điện ................21
1.2.1 Quy định của bộ công thƣơng về bảo đảm chỉ tiêu độ tin cậy cho lƣới
điện phân phối ..................................................................................................21
1.2.2 Các nguyên nhân gây mất điện ................................................................23
1.2.3 Ảnh hƣởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế và cấu trúc lƣới điện......24
1.2.4 Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh tế ..............................................26
1.2.5 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ...................................27
1.2.6 Phân loại bài toán độ tin cậy....................................................................30
1.3 Các vấn đề trong đánh giá tin cậy đối với lƣới phân phối Việt Nam .............32
1.4 Một số biện pháp và thiết bị giúp nâng cao độ tin cậy đƣợc lắp đặt trên lƣới
điện phân phối .......................................................................................................34
1.4.1 Sử dụng thiết bị chỉ thị sự cố trên các phân đoạn đƣờng dây FPls .........34
1.4.2 Sử dụng thiết bị tự động đóng lại (Automatic Recloser – AR) ...............35
1.4.3 Phối hợp thiết bị recloser và thiết bị tự động phân đoạn sự cố ( SA) .....35

ii


1.5 Kết luận chƣơng 1 ...........................................................................................36
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO
LƢỚI PHÂN PHỐI ...................................................................................................38
2.1 Tổng quan về tính tốn độ tin cậy cho lƣới phân phối. ..................................38
2.1 Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia khơng phân đoạn ...............................40
2.2 Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia có phân đoạn .....................................42
2.3 Sử dụng chƣơng trình đánh giá độ tin cậy của lƣới điện phân phối ...............44
2.3.1 Giới thiệu về ứng dụng chƣơng trình tính tốn .......................................45
2.3.2 Ví dụ đơn giản tính toán độ tin cậy lƣới phân phối. ................................50
2.4 Kết luận chƣơng 2 ...........................................................................................52
CHƢƠNG 3. ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 473
THUỘC TRẠM E10.1 110/35/22KV HỊA BÌNH ..................................................54

3.1. Giới thiệu về lƣới điện phân phối trung áp 22kV cấp cho khu vực Thành phố
Hịa Bình ...............................................................................................................54
3.1.1. Nguồn điện .............................................................................................54
3.1.2. Lƣới điện 22kV.......................................................................................54
3.1.3. Đánh giá độ tin cậy của lƣới điện phân phối lộ 473 thuộc trạm E10.1 ..55
3.2. Tính tốn thiệt hại do mất điện và các chỉ tiêu độ tin cậy của lƣới điện phân
phối 473 thuộc trạm 110kV E10.1 thành phố Hịa Bình ......................................56
3.2.1. Tính tốn đối với lƣới điện hiện tại đƣợc phân đoạn bằng cầu dao cách
ly .......................................................................................................................60
3.2.2. Tính tốn đối với lƣới điện đƣợc lắp đặt thiết bị chỉ thị sự cố ..............63
3.3 Nhận xét đánh giá kết quả khi lắp đăt thiết bị chỉ thị sự cố trên lƣới điện. ....67
3.4. Sơ bộ so sánh kinh tế các phƣơng án .............................................................68
3.5 Kết luận chƣơng 3 ...........................................................................................73
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 75

iii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CSPK

Công suất phản kháng

CSTD

Công suất tác dụng

ĐTPT

Đồ thị phụ tải

ĐTC

Độ tin cậy

EVN

Electricity of Vietnam (Tập đoàn Điện lực Việt Nam)

HTĐ

Hệ thống điện

LĐPP

Lƣới điện phân phối

LĐTT

Lƣới điện truyền tải

LOLP

Xác suất thiếu điện cho phụ tải

LOLE

Kỳ vọng thời gian mất điện trung bình năm

SAIDI

Thời gian mất điện trung bình của hệ thống

SÀII

Tần suất mất điện trung bình của hệ thống

TBA

Trạm biến áp

TTCS

Tổn thất công suất

TTĐN

Tổn thất điện năng

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Tổng hợp các đƣờng dây 22kV khu vực Thành phố Hịa Bình [6] -------- 54
Bảng 3.2 Đƣờng dây 22kV lộ 473 trạm 110kV E10.1 Hòa Bình --------------------- 56
Bảng 3.3. Bảng thơng số đƣờng dây 473 E10.1 ----------------------------------------- 58
Bảng 3.4. Bảng thông số đƣờng dây 473 E10.1 sau khi đẳng trị ---------------------- 60
Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả tính tốn độ tin cậy ---------------------------------------- 67
Bảng 3.6. Tính tốn hiệu quả NPV phƣơng án 1 ---------------------------------------- 71

Bảng 3.7. Tính tốn hiệu quả NPV phƣơng án 2 ---------------------------------------- 72

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện ................................................10
Hình 1.2 Hàm phân bố R(t) và FT(t) .........................................................................12
Hình 1.3 Mơ hình cƣờng độ hỏng hóc λ(t) ...............................................................15
Hình 1.4 Chuyển đổi trạng thái của phần tử phục hồi ..............................................18
Hình 1.5 Mơ hình bảo dƣỡng định kỳ .......................................................................20
Hình 1.6 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí .............................................................27
Hình 1.7 Phân loại bài tốn độ tin cậy ......................................................................30
Hình 1.8: Phân đoạn sự cố dựa trên thiết bị FPls ......................................................34
Hình 1.9: Phối hợp giữa recloser và các thiết bị SA .................................................35
Hình 2.1 Ví dụ về đẳng trị lƣới phân phối ................................................................40
Hình 2.2 Lƣới phân phối hình tia ..............................................................................41
Hình 2.3 Sơ đồ khối chƣơng trình tính tốn độ tin cậy .............................................45
Hình 2.4 Giao diện của chƣơng trình tính tốn độ tin cậy ........................................46
Hình 2.2 Ví dụ về lƣới phân phối cấu trúc ngƣợc .....................................................47
Hình 2.4 Ví dụ đơn giản tính tốn độ tin cậy ............................................................50
Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc ngƣợc đẳng trị ....................................................................50
Hình 2.8 Kết quả tính tốn ví dụ đơn giản bằng chƣơng trình .................................52
Hình 3.1. Sơ đồ lƣới điện lộ 473 E10.1 Hịa Bình ....................................................57
Hình 3.2. Sơ đồ đẳng trị đƣờng dây 473 E10.1: .......................................................59
Hình 3.3. Kết quả tính tốn độ tin cậy lƣới điện không lắp đặt thiết bị chỉ thị sự cố.
...................................................................................................................................62
Hình 3.4. Sơ đồ đẳng trị phƣơng án 1 .......................................................................64
Hình 3.5. Kết quả tính tốn phƣơng án 1 . ...............................................................65
Hình 3.6. Sơ đồ đẳng trị phƣơng án 2 .......................................................................66

Hình 3.7. Kết quả tính tốn phƣơng án 2 . ...............................................................66

vi


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, lƣới điện phân phối Việt Nam nói chung và lƣới
điện tỉnh Hịa Bình nói riêng phát triển nhanh chóng cả về quy mô công suất cũng
nhƣ phạm vi cung cấp điện ([9]). Sự thay đổi về cấu trúc lƣới điện đã đặt ra nhiều
vấn đề kỹ thuật phải giải quyết, trong đó vấn đề đảm bảo vận hành tin cậy và liên
tụccung cấp điện của hệ thống ngày càng trở nên quan trọng do tính chất phụ tải yêu
cầu ngày càng cao. Mặt khác lƣới điện phân phối là một phần của hệ thống điện và
trực tiếp cung cấp điện tới từng phụ tải. Tuy nhiên việc xác định độ tin cậy cho lƣới
phân phối ở Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn do thiếu các dữ liệu thống kê cho các
phần tử của lƣới, cấu trúc vận hành lƣới và đặc biệt là dữ liệu về phụ tải. Đối với
lƣới điện tỉnh Hịa Bình cho đến nay cũng có rất ít những nghiên cứu về tính tốn
đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cho lƣới phân phối, dẫn đến yêu cầu áp dụng
tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện vào các bài toán quy hoạch thiết kế và vận hành
hệ thống điện gặp rất nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, hiệu quả của việc ứng dụng
thiết bị cảnh báo mới nhƣ thiết bị chỉ thị sự cố nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện trong lƣới điện phân phối trung áp cũng cần đƣợc đánh giá định lƣợng cụ thể
nhằm đảm bảo yếu tố kinh tế kỹ thuật khi vận hành ([3,5,11]).
Luận văn đặt vấn đề đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của
thiết bị chỉ thị sự cố trong lƣới điện phân phối lộ 473 thuộc trạm biến áp
110/35/22kV E10.1 Hịa Bình . Đƣợc thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện cho lộ đƣờng dây, đƣợc áp dụng trực tiếp trên lƣới
điện phân phối tỉnh Hịa Bình.
Mục đích nghiên cứu của luận văn
Luận văn dự kiến tìm hiểu đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp

điện của thiết bị chỉ thị sự cố trong lƣới điện phân phối, tìm hiểu về số liệu và áp
dụng tính tốn xử lý số liệu để dánh giá hiệu quả của việc nâng cao độ tin cậy bằng

1


thiết bị chỉ thị sự cố trong lƣới điện lƣới phân phối thực tế tại lộ 473 thuộc trạm
biến áp 110/35/22kV E10.1 Hịa Bình.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Lƣới điện phân phối trung áp khu vực Thành phố Hòa Bình, cụ thể tại lộ 473
trạm biến áp 110/35/22kV E10.1 Hịa Bình với cấp điện áp 22kV. Mơ phỏng sự ảnh
hƣởng của thiết bị chỉ thị sự cố đến độ tin cậy cung cấp điện trên lƣới điện theo
phƣơng thức vận hành thực tế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Xác định đƣợc độ tin cậy cho lƣới phân phối sẽ đánh giá đƣợc chất lƣợng
lƣới phân phối về mặt liên tục cung cấp điện cho các phụ tải. Tuy nhiên việc thống
kê dữ liệu về lƣới phân phối phục vụ cho tính tốn độ tin cậy gặp khơng ít khó
khăn, do đó trong các bài tốn quy hoạch thiết kế hay vận hành thƣờng không xét
đến chỉ tiêu độ tin cậy, phƣơng án đƣợc lựa chọn có thể không đảm bảo tối ƣu về
mặt độ tin cậy cũng nhƣ tổn thất kinh tế gây ra do mất điện.
Luận văn dự kiến tìm hiểu phƣơng pháp xác định định lƣợng độ tin cậy cho
lƣới điện phân phối hình tia có phân đoạn bằng máy cắt và dao cách ly, trên các
phân đoạn có đặt thiết bị chỉ thị sự cố, áp dụng tính tốn định lƣợng cho lƣới điện
phân phối thực tế. Trong luận văn dự kiến sử dụng chƣơng trình máy tính nhằm mơ
phỏng tình huống vận hành trên lƣới điện phân phối thực tế tại tại lộ 473 trạm biến
áp 110/35/22kV E10.1 Hịa Bình và sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy trong lƣới phân
phối theo yêu cầu trong thông tƣ 39/2015 của Bộ Công thƣơng về Quy định hệ
thống điện phân phối.
Nội dung nghiên cứu
Nhằm đạt đƣợc mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã đƣợc thực

hiện trong luận văn:

2


- Tìm hiểu lý thuyết về độ tin cậy nói chung và độ tin cậy của lƣới phân phối, các
yêu cầu về đánh giá độ tin cậy lƣới phân phối trong các bài toán quy hoạch và vận
hành.
- Nghiên cứu lý thuyết phƣơng pháp tính tốn định lƣợng độ tin cậy cho lƣới điện
phân phối, trên cơ sở đó xây dựng chƣơng trình tính tốn độ tin cậy lƣới phân phối.
- Ứng dụng tính tốn định lƣợng độ tin cậy theo các phƣơng pháp đã tìm hiểu nhằm
đánh giá hiệu quả của thiết bị chỉ thị sự cố trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện của lƣới điện phân phối trung áp.
- Tổng hợp những vấn đề còn tồn tại, những vấn đề đã giải quyết và đƣa ra những
đề xuất nghiên cứu tiếp theo.
Trên cơ sở đó, nội dung bản thuyết minh đƣợc chia thành các chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1. Tổng quan về tính tốn đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện.
Chƣơng 2. Phƣơng pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho lƣới phân phối.
Chƣơng 3. Áp dụng tính tốn cho bài tốn đánh giá hiệu quả của thiết bị chỉ thị sự
cố trong lƣới điện phân phối.
Chƣơng 4. Kết luận chung.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY VẦ YÊU CẦU BẢO ĐẢM
CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1 Các định nghĩa và khái niệm
1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện (nguồn điện), trạm biến áp, đƣờng

dây tải điện (lƣới điện), các hộ tiêu thụ (phụ tải điện), nối với nhau thành một hệ
thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng (theo [1,2]).
Về mặt độ tin cậy, hệ thống điện là hệ thống phức tạp thể hiện trong cấu trúc
với số lƣợng rất lớn các phần tử thuộc nhiều loại khác nhau, có sơ đồ lƣới điện trải
rộng trong khơng gian và phát triển khơng ngừng theo thời gian.
Sự phức tạp đó dẫn đến sự phân cấp hệ thống điện để có thể quản lý, điều
khiển vận hành và phát triển một cách hiệu quả.
Về tính chất, hệ thống điện đƣợc coi là hệ thống phục hồi, tức là các phần tử
của hệ thống điện sau khi bị hỏng sẽ đƣợc phục hồi đƣa trở lại làm việc, do đó các
trạng thái hỏng hóc của hệ thống cũng đƣợc phục hồi sau thời gian nhất định. Vì thế
độ tin cậy, mặc dù thay đổi, nhƣng thƣờng đƣợc đánh giá dựa theo trị số trung bình
trong một thời gian khảo sát ([1]).
Phần tử là những bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất
định, đƣợc xem nhƣ một tổng thể duy nhất không thể chia cắt đƣợc, đặc trƣng bởi
các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngồi nhƣ mơi trƣờng
chứ khơng phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử. Bởi vì bản thân phần tử
cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống. Ví dụ, máy phát
là một hệ thống phức tạp nếu xét riêng, nhƣng trong bài toán về độ tin cậy của hệ
thống điện nó chỉ là một phần tử với các thơng số nhƣ cƣờng độ hỏng hóc, thời gian
phục hồi không đổi.

4


Hầu hết các phần tử hệ thống điện cũng là phần tử phục hồi, có nghĩa là các
phần tử của hệ thống điện còn đƣợc bảo dƣỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm
việc đã bị suy giảm sau thời gian vận hành.
1.1.2 Độ tin cậy của hệ thống điện
Theo [1], độ tin cậy nói chung là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn
thành triệt để nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện

vận hành nhất định.
Tức là độ tin cậy ln gắn với việc hồn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong
khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định.
Thƣớc đo độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian
xác định. Xác suất này đƣợc gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử).
Xác suất là đại lƣợng 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). Đấy là đối
với hệ thống (hay phần tử) không phục hồi.
Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi nhƣ hệ thống điện và các phần tử
của nó, khái niệm khoảng thời gian xác định khơng có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống
làm việc liên tục. Do đó độ tin cậy đƣợc đo bởi một đại lƣợng 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 đƣợc tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt với tổng thời gian
hoạt động. Ngƣợc lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất để hệ
thống (hay phần tử) ở trạng thái hỏng.
Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng đƣợc gọi chung là độ tin cậy) hoặc
độ không sẵn sàng chƣa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài tốn cụ thể, do đó
phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất.

5


1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện
Một cách tổng quát, đối với hệ thống điện nói chung, các chỉ tiêu sau đây có thể
đƣợc sử dụng để đánh giá và định lƣợng độ tin cậy (theo [1]):
-

Xác suất thiếu điện cho phụ tải LOLP (Loss of Load Probability), đó là xác
suất cơng suất phụ tải lớn hơn công suất nguồn điện;

-

Kỳ vọng về thời gian mất điện trung bình năm LOLE (Loss Of Load
Expctation);

-

Xác suất thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại;

-

Lƣợng điện năng thiếu (hay điện năng mất) cho phụ tải tính theo kWh, đó là
kỳ vọng điện năng phụ tải bị cắt do hỏng hóc hệ thống trong một năm;

-

Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện;

Tuy nhiên, đối với lƣới điện phân phối tại các đơn vị điện lực, thƣờng khơng
xét đến mơ hình độ tin cậy của nguồn điện, các chỉ số cụ thể hơn đƣợc áp dụng dựa
trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE1366 (theo [5]), bao gồm:
- Thời gian mất điện trung bình của hệ thống: SAIDI = tổng thời gian mất
điện của phụ tải trên tổng số phụ tải, [12]:
TmđTB = SAIDI = ΣriNi/NT (giờ/phụ tải.năm)
Trong đó:

(1.1)

ri là thời gian mỗi lần mất điện;
Ni là số lần mất điện;
NT là tổng số khách hàng đƣợc phục vụ.

- Tần suất hay số lần mất điện trung bình của hệ thống: là tổng số lần mất
điện của tất cả các phụ tải trên tổng số phụ tải NT. Chỉ tiêu này cho biết số lần mất
điện trung bình cho trên mỗi phụ tải trong một khu vực trong một năm.

6


NT

SAIFI 

n

i

i 1

(số lần/phụ tải. năm)

NT

(1.2)

- Thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI. Chỉ tiêu này cho biết
thời gian mất điện trung bình của mỗi vụ mất điện.

CAIDI 

r N
N
i

(giờ/lần mất điện)

i

(1.3)

i

Trong đó: ri là thời gian của mỗi lần mất điện; Ni là số lƣợng khách hàng bị
mất điện của mỗi lần mất điện duy trì.
- Tần suất (số lần) mất điện trung bình của khách hàng bằng tổng số lần mất
điện trên tổng số phụ tải CAIFI. Chỉ tiêu này cho biết số lần mất điện trung bình
cho trên mỗi khách hàng.
CAIFI = Σni/CN (số lần mất điện/khách hàng.năm)

(1.4)

Với: CN là số khách hàng bị mất điện
- Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình: ASAI. Chỉ tiêu này cho biết
thời gian trung bình (tính theo %) mà khách hàng đƣợc cấp điện trong một năm.
ASAI 

NT .8760   ri Ni
(%) (NT là tổng số khách hàng)

Ni .8760

(1.5)

- Chỉ tiêu tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng: CTAIDI bằng
tổng thời gian mất điện của khách hàng trên tổng khách hàng bị mất điện.
CTAIDI 

r N
i

i

(1.6)

CN

Với: CN là số khách hàng bị mất điện
- CEMIn là chỉ số ứng dụng đặc biệt, lấy từ số lƣợng lớn khách hàng có số
lần mất điện lớn hơn quy định. Mục đích là nhận ra những khó khăn của khách hàng
mà khơng thể thấy qua các chỉ số trung bình.

7


CEMIn 

CN ( k  n )

(1.7)

NT

- Chỉ tiêu thời gian mất điện duy trì của hệ thống ASIDI bằng tổng thời gian
mất điện của phụ tải đƣợc kết nối trên tổng công suất tải nối vào hệ thống.
ASIDI 

rL

i i

(1.8)

LT

Trong đó Li: là cơng suất phụ tải mất điện, LT là tổng công suất phụ tải
- Chỉ tiêu tần suất mất điện duy trì ASIFI bằng tổng cơng suất kết nối của
phụ tải bị mất điện trên tổng công suất tải nối vào hệ thống:
ASIDI 

L

i

(1.9)

LT

- CEMSMIn là chỉ số dùng cho những khách hàng riêng biệt mà những chỉ
số trung bình khơng thể nhận ra. Nó dùng để theo dõi số lƣợng n khách hàng phải

trải qua nhiều lần mất điện kéo dài và thoáng qua
CEMSMIn 

CNT( k  n )

(1.10)

NT

Trong đó CNT(k>n) là số khách hàng có số lần mất điện lớn hơn n.
- Chỉ tiêu tần suất mất điện thống qua trung bình: MAIFI. Chỉ tiêu này
tƣơng tự nhƣ SAIFI, nhƣng nó sử dụng sự kiện thống qua
MAIFI 

 IM N
i

mi

(1.11)

NT

Trong đó: Imi là số lần mất điện thoáng qua; Nmi là số khách hàng bị mất điện
thống qua.
- Chỉ tiêu điện năng trung bình khơng đƣợc cung cấp: AENS bằng tổng điện
năng không đƣợc cung cấp trên tổng khách hàng.
AENs = ΣLa(i)/Ni (kWh/khách hàng)

8

(1.12)


Trong đó: La(i) là điện năng bị mất của phụ tải i
- Chỉ tiêu cắt điện trung bình hàng năm: ACCI
ACCI = = ΣLa(i)/ΣNi

(1.13)

1.1.4 Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
1.1.4.1 Trạng thái của phần tử
Phần tử của hệ thống điện có thể ở các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào
tình trạng kỹ thuật và chức năng của chúng. Mỗi trạng thái kéo dài trong khoảng
thời gian nhất định. Đặc trƣng của trạng thái là: thời gian trạng thái, xác suất trạng
thái và tần suất trạng thái.
Tất cả các trạng thái có thể xảy ra của một phần tử tạo thành tập đủ các trạng
thái của phần tử. Việc phần tử ở trạng thái nào trong tập đủ các trạng thái là đại
lƣợng ngẫu nhiên đƣợc đo bởi xác suất phần tử ở trạng thái đó hay gọi tắt là xác
suất trạng thái. Nhƣ vậy tổng xác suất trạng thái của tập đủ các trạng thái bằng 1.
Phần tử bao giờ cũng ở một trong những trạng thái của tập đủ các trạng thái.
Các trạng thái có xác suất nhỏ có thể bỏ qua trong các bài tốn khác nhau.
Xác suất trạng thái tốt của phần tử chính là độ sẵn sàng, cịn xác suất trạng thái
hỏng chính là độ không sẵn sàng.
1.1.4.2 Trạng thái của hệ thống điện
Trạng thái của hệ thống điện là tổ hợp các trạng thái của tất cả các phần tử
tạo thành nó. Nói cách khác, mỗi trạng thái của hệ thống điện là sự xảy ra đồng thời
các trạng thái nào đó của các phần tử. Do đó xác suất trạng thái của hệ thống điện
chính là tích của các xác suất trạng thái của các phần tử nếu giả thiết rằng các phần
tử của hệ thống điện độc lập với nhau. Đối với hệ thống điện giả thiết này là đúng

với hầu hết các phần tử và do đó đƣợc áp dụng trong hầu hết các bài toán độ tin cậy.
Các trạng thái của hệ thống điện đƣợc phân chia theo tiêu chuẩn hỏng hóc hệ thống
điện, tiêu chuẩn này đƣợc lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy, phụ thuộc vào mục

9


đích của bài tốn cụ thể. Số trạng thái của hệ thống điện rất lớn (bằng 2n với n là số
phần tử).
Các trạng thái của hệ thống cũng đƣợc đặc trƣng bởi:
- Thời gian trung bình hệ thống ở trạng thái đó, gọi là thời gian trạng thái Ti;
- Tần suất trạng thái fi, là số lần hệ thống rơi vào trạng thái i trong một đơn vị thời
gian;
- Xác suất trạng thái Pi, là xác suất hệ thống ở trạng thái i, đó chính là thời gian
tƣơng đối hệ thống ở trạng thái i.
Các trạng thái của hệ thống điện đƣợc chia làm 2 tập:
- Tập trạng thái tốt trong đó hệ thống điện làm việc tốt
- Tập trạng thái hỏng trong đó hệ thống điện bị hỏng theo tiêu chuẩn đã chọn.
Tổng xác suất của tập đủ các trạng thái của hệ thống điện ΣPi = 1.

Hình 1.1 Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
Trên hình 1.1 thể hiện mối quan hệ giữa trạng thái hỏng của hai phần tử
chính của hệ thống điện là máy phát và đƣờng dây (bao gồm cả máy biến áp) với
các trạng thái hỏng của hệ thống điện. Sơ đồ trên hình 1.1 cho các trạng thái hỏng
của hệ thống điện, tức là các trạng thái khơng hồn thành nhiệm vụ, gồm:

10


- Phụ tải bị mất điện.

- Hoặc nặng nề hơn khi hệ thống điện bị sụp đổ, mất điện một phần hoặc toàn hệ
thống.
-

Các nguyên nhân trực tiếp khiến phụ tải mất điện gồm: Thiếu công suất phát;
Nút tải bị cô lập do sự cố đƣờng dây cấp điện trực tiếp; Đƣờng dây bị quá tải
hoặc điện áp nút không đạt yêu cầu; Hệ thống điện bị phân rã.
Trạng thái hỏng của máy phát và đƣờng dây có gây ra các trạng thái hỏng của

hệ thống điện hay khơng cịn tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống điện độ dƣ thừa công
suất phát, độ dƣ thừa khả năng tải của lƣới điện. Và chính sơ đồ quan hệ trạng thái
này cho thấy cần phải tác động thế nào để tăng độ tin cậy của hệ thống điện. Ví dụ
để tránh nguy cơ thiếu công suất phát do hỏng máy phát thì phải có dự trữ cơng suất
phát…
1.1.5 Độ tin cậy của các phần tử
Độ tin cậy của các phần tử là yếu tố 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.
1.1.5.1 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 lƣỡng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên
khơng biết trƣớc.
Ta có hàm phân bố FT(t):
FT (t)  P (T  t)

(1.14)

P(T≤t) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 cho đến thời điểm bất
kỳ t; t là biến số. Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trƣớc hoặc đúng thời điểm t.

Hàm mật độ là fT(t):

11


fT (t)  lim
t 0

1
P (t  T  t  t)
t

(1.15)

fT(t).Δt là xác suất để thời gian phục vụ T nằm trong khoảng (t, t + Δt) với
Δt đủ nhỏ.
Theo lý thuyết xác suất ta có:
1

FT (t)   fT (t).dt

(1.16)

0

fT (t) 

dFT (t)
dt

(1.17)

Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trƣng cơ bản của mỗi đại lƣợng ngẫu
nhiên. Bây giờ ta xét các đại lƣợng cơ bản khác đặc trƣng cho độ tin cậy của phần
tử.
Độ tin cậy R(t): thông số độ tin cậy của phần tử, là một hàm số phụ thuộc
theo thời gian.
Theo định nghĩa độ tin cậy, hàm R(t) có dạng:
R(t)  P(T  t)

(1.18)

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.
Suy ta ta có: R(t) = 1 – FT(t)

(1.19)

Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 tới 0: R(0) =1, R(∞) = 0

Hình 1.2 Hàm phân bố R(t) và FT(t)

12


Cƣờng độ hỏng hóc đƣợc định nghĩa: với Δt đủ nhỏ thì λ(t).Δt chính là xác
suất để phần tử đã phục vụ đến thời điểm t sẽ hỏng trong khoảng Δt tiếp theo.
Có thể viết:
1
P(t  T  t  t / T  t )

t  0 t

 (t )  lim

(1.20)
P( t < T ≤ t + Δt/T > t) là xác suất có điều kiện của hai sự kiện:
- Phần tử hỏng trong khoảng (t, t + Δt) (sự kiện A);
- Làm việc tốt đến t (sự kiện B).
Theo công thức về xác suất của sự kiện giao giữa hai sự kiện A và B, ta có:
P(A  B)  P(A).P(B/A)  P(B).P(A/B)

(1.21)

hay:
P(A/B) 

P(A  B)
P( B)

(1.22)

Nếu sự kiện A bao sự kiện B (xảy ra A thì đƣơng nhiên đã xảy ra B, nghĩa là
muốn làm việc trong khoảng t, t + Δt thì đƣơng nhiên phải làm việc đến t) nhƣ
trƣờng hợp đang xét ta có:
P(A  B)  1 và P(A  B)  P(A)

Nhƣ vậy:
P(t  T  t  t/T  t) 

P((t  T  t  t)  (T  t) P(t  T  t  t)  (T  t) fT (t ).t



P(T  t )
P(T  t )
R(t )

(1.23)
Suy ra ta có:

13


fT (t )
f (t )
 T
R(t ) 1  FT (t )

 (t) 

(1.24)

Công thức này cho quan hệ giữa các đại lƣợng: hàm phân bố, hàm mật độ,
độ tin cậy và cƣờng độ hỏng hóc
Nếu ta lấy logarit của R(t) rồi đạo ham theo t, sẽ đƣợc:
d
R' (t )  F 'T (t )  fT (t )
ln( R(t )) 


dt

R(t )
R(t )
R(t )

Suy ra:  (t)  

d
ln( R(t ))
dt

(1.25)

(1.26)

t

Hay là: R(t )  e



  ( t ) dt

(1.27)

0

Công thức trên là công thức cơ bản cho phép tính đƣợc độ tin cậy của phần
tử khi biết cƣờng độ hỏng hóc của nó, cịn cƣờng độ hỏng hóc thì đƣợc xác định
nhờ thống kê q trình hỏng trong quá khứ của phần tử.
Trong hệ thống điện thƣờng sử dụng điều kiện:

λ(t) = λ = hằng số
do đó: R(t )  et ; FT (t )  1  et ; fT  et

(1.28)

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



TLV   t. fT (t )dt   t
0

0



dR(t )
dt   R(t )dt
dt
0

(1.29)

Với λ(t) = hằng số; R(t) = e-λt do đó:
TLV 

1

(1.30)



Cơng thức này rất quan trọng cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cƣờng
độ hỏng hóc của các phần tử có luật phân bố mũ.

14


Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy đƣợc mơ tả nhờ λ(t), hoặc là R(t).
1.1.5.2 Mơ hình cƣờng độ hỏng hóc λ(t)
Trong thực tế, với các phần tử khơng phục hồi, λ(t) có dạng hình chậu, có thể
chia làm ba miền theo các thời kỳ sau:
I- Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng hóc do các khuyết
tật khi lắp ráp, λ(t) giảm dần (thời kỳ chạy roda).
II- Thời kỳ làm việc bình thƣờng của phần tử: λ(t) = hằng số.
III- Thời kỳ già cỗi λ(t) tăng dần.
Đối với các phần tử phục hồi nhƣ hệ thống điện, các phần tử này có các bộ
phận ln bị già hóa, do đó λ(t) ln là hàm tăng, bởi vậy, ngƣời ta phải áp dụng
biện pháp bảo dƣỡng định kỳ để phục hồi độ tin cậy của phần tử. Sau khi bảo dƣỡng
định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở lại giá trị ban đầu. Bảo dƣỡng định kỳ làm cho
cƣờng độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình λtb.
Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem nhƣ λ(t) là
hằng số và bằng λtb để tính tốn độ tin cậy.

Hình 1.3 Mơ hình cường độ hỏng hóc λ(t)
1.1.5.3 Phần tử phục hồi
a) Sửa chữa sự cố lý tƣởng, có thời gian phục hồi τ = 0

15


Giả thiết rằng sửa chữa nhƣ mới. Trong thực tế, đây là các trƣờng hợp phần
tử hỏng đƣợc thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví dụ nhƣ máy biến áp). Phần tử
đƣợc xem nhƣ luôn ở trong trạng thái tốt. Đại lƣợng đặc trƣng cho hỏng hóc của
loại phần tƣ này là:
Thơng số của dịng hỏng hóc w(t):
1
P (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + Δt))
t 0 t

 (t )  lim

(1.31)

So với định nghĩa λ(t), ở đây khơng địi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc
tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần ở thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này ln
đúng vì phần tử ln làm việc, khi hỏng hóc nó đƣợc phục hồi tức thời.
Tƣơng tự nhƣ λ(t), đại lƣợng w(t).Δt là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong
khoảng (t, t+Δt).
Dƣới đây thiết lập cơng thức tính w(t):
Ta xét khoảng thời gian từ 0 đến t, trong đó phần tử có thể hỏng 1 lần, 2 lần
… đến k lần. Đặt f1(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng đầu
tiên: f1(t) = fT(t)
f2(t) là phân bố xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng thứ 2… và f k(t)
là phân bố xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng thứ k.
Để tính f2(t), ta giả thiết lần hỏng đầu tiên xảy ra ở τ < t, nhƣ vậy thời gian
làm việc từ lần hỏng thứ 1 đến lần hỏng thứ 2 là t – τ.
Xác suất để làn hỏng thứ 2 xảy ra trong khoảng (t, t + Δt) là:

f 2 (t ).t  f1 ( ) . f1 (t   )t

(1.32)

Cho mọi t ta có:
t

f 2 (t )   f1 ( ) f1 (t   ).d

(1.33)

0

Tƣơng tự:

16


t

f k (t )   f1 ( ) f1 (t   ).d

(1.34)

0

Xác suất chung để phần tử bị hỏng ở khoảng (t, t + Δt) là tổng các khả năng
xảy ra hỏng hóc:


P(hỏng hóc trong khoảng (t, t + Δt)   f k (t).t

(1.35)

k 1



Suy ra ta có: w(t )   f k (t)

(1.36)

k 1

Xét trƣờng hợp fT = λe-λt khi đó thời gian đến lần hỏng thứ k tuân theo luật
poisson:
f k (t )  k

t k 1  t
e khi đó w(t) = λ
(k  1)!

(1.37)

Vậy với luật phân bố mũ, thơng số dịng hỏng hóc của phần tử: w(t) = λ. Do
đó mà cƣờng độ hỏng hóc và thơng số của dịng hỏng hóc thƣờng hiểu là một, trừ
các trƣờng hợp riêng khi thời gian làm việc khơng tn theo luật mũ thì phải phân
biệt.
b) Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi τ
Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: trạng thái làm việc và

trạng thái hỏng.
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 τ, phần tử trở lại trạng thái làm việc.
Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử đƣợc phục hồi nhƣ
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 căn 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

17