Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết bị phân đoạn trong lưới điện phân phối có 2 nguồn cung cấp 110 22kv 471 474 E28 2 Kim Động Hưng Yên

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

Hồng Đình Thi

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG
CẤP ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ PHÂN ĐOẠN
TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI CÓ 2 NGUỒN CUNG CẤP
110/22KV 471, 474 E28.2 KIM ĐỘNG, HƢNG YÊN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Lã Minh Khánh

Hà Nội - 2019


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

Hồng Đình Thi

1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CCĐ

Cung cấp điện

DAS

Distribution Automation System - Hệ thống tự động phân
phối điện

DCS

Distributed Control System - Hệ thống điều khiển phân tán

EVN

Electricity of Vietnam - Tập đoàn Điện lực Việt Nam

HTĐ

Hệ thống điện

LĐPP

Lưới điện phân phối

LĐTT

Lưới điện truyền tải

MAIFI

Momentary Average Interruption Frequency Index

NPC

Northern Power Corporation-Tổng công ty Điện lực miền Bắc

SAIDI

System Average Interruption Duration Index - Chỉ số thời
gian mất điện trung bình của hệ thống

SAIFI

System Average Interruption Frequency Index - Chỉ số tần
suất mất điện trung bình của hệ thống

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition - Hệ thống thu
thập số liệu để phục vụ việc giám sát, điều khiển và vận hành
hệ thống điện

TBA

Trạm biến áp

TTĐN

Tổn thất điện năng

2


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1

Tổng hợp kết quả tính tốn độ tin cậy các kịch bản, phương
thức vận hành

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện

Hình 1.2

Hàm phân bố R(t) và FT(t)

Hình 1.3

Mơ hình cường độ hỏng hóc λ(t)

Hình 1.4

Chuyển trạng thái của phần tử

Hình 1.5

Mơ hình bảo dưỡng định kỳ

Hình 1.6

Độ tin cậy trong bài tốn kinh tế

Hình 1.7

Phân loại bài tốn độ tin cậy

Hình 2.1

Lưới phân phối hình tia

Hình 2.2

Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược

Hình 2.3

Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối

Hình 2.4

Thuật tốn tìm ma trận đường nối

Hình 2.5

Sơ đồ khối chương trình tính tốn độ tin cậy

Hình 2.6

Giao diện của chương trình tính tốn độ tin cậy

Hình 2.7

Ví dụ đơn giản tính tốn độ tin cậy

Hình 2.8

Kết quả tính tốn ví dụ đơn giản bằng chương trình

Hình 3.1

Sơ đồ thực tế lưới điện 471, 474 E28.2

Hình 3.2

Sơ đồ rút gọn lưới điện 471, 474 E28.2

Hình 3.3

Sơ đồ một sợi lưới điện hình tia khơng có phân đoạn

Hình 3.4

Sơ đồ một sợi lưới điện hình tia có phân đoạn bằng DCL

Hình 3.5

Sơ đồ một sợi lưới điện hình tia có phân đoạn bằng MC

Hình 3.6

Sơ đồ một sợi lưới điện có liên thơng bằng DCL và MC

Hình 3.7

Sơ đồ một sợi lưới điện có liên thơng bằng 02 MC

4


MỤC LỤC
Nội dung

LỜI CAM ĐOAN…………………………………………….
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT………
DANH MỤC BẢNG………………………………………….
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ………………….
MỤC LỤC…………………………………………………….
MỞ ĐẦU……………………………………………………...
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN ĐÁNH
GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN……………...
1.1.Các định nghĩa và khái niệm……………………………………….
1.1.1.Hệ thống điện và các phần tử………………………………….

1.1.2.Độ tin cậy của hệ thống điện…………………………………..
1.1.3.Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện……………
1.1.4.Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện………………………..
1.1.5.Độ tin cậy của các phần tử…………………………………….
1.2.Vấn đề đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thiết kế
lưới điện………………………………………………………………
1.2.1.Các nguyên nhân gây mất điện………………………………..
1.2.2.Ảnh hưởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế và cấu trúc lưới
điện……………………………………………………………………..
1.2.3.Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh tế……………………..
1.2.4.Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện……………..
1.2.5.Phân loại bài toán độ tin cậy…………………………………..
1.3. Qui định của bộ Công thương về đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy cho
lưới phân phối…………………………………………………………..
1.4.Tình hình nghiên cứu độ tin cậy lưới phân phối tại Việt Nam…...
1.5.Kết luận chương 1………………………………………………...

CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN
CẬY CHO LƢỚI PHÂN PHỐI…………………………….
2.1. Tổng quan về tính tốn độ tin cậy cho lưới phân phối……………..
2.2.Đánh giá độ tin cậy của xuất tuyến lưới phân phối hình tia khơng
phân đoạn……………………………………………………………….
2.3. Đánh giá độ tin cậy của xuất tuyến lưới phân phối hình tia có phân
đoạn……………………………………………………………………..
2.4. Kết luận chương 2…………………………………………………

CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO BÀI TOÁN
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬP
CUNG CẤP ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ PHÂN ĐOẠN

5

Trang
1
2
3
4
5
7
11
11
11
12
13
16
19
30
30
32
35
36
39
42
44
45
46
46
48
50
52

TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI CÓ 2 NGUỒN CUNG CẤP
110/22KV 471, 471 E28.2 KIM ĐỘNG, HƢNG YÊN……..
3.1.Mô tả lưới điện và các kịch bản tính tốn………………………….
3.1.1.Mơ tả lưới điện tính tốn……………………………………….
3.1.2.Các kịch bản tính tốn độ tin cậy cung cấp điện……………….
3.2.Tính toán độ tin cậy theo các kịch bản vận hành…………………...
3.2.1.Kịch bản 1……………………………………………………...
3.2.2.Kịch bản 2……………………………………………………...
3.2.3.Kịch bản 3……………………………………………………..
3.2.4.Kịch bản 4……………………………………………………..
3.2.5.Kịch bản 5……………………………………………………..
3.3.Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết bị
phân đoạn trong lưới điện phân phối có 2 nguồn cung cấp…………….
3.3.1.Tổng hợp kết quả tính tốn đối với 5 kịch bản, phương thức
vận hành………………………………………………………………
3.3.2.Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết
bị phân đoạn trong lưới điện phân phối có 2 nguồn cung cấp (lộ 471,
474 E28.2 trạm 110kV Kim Động tỉnh Hưng Yên)……………………
3.4. Kết luận chương 3…………………………………………………

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG………………………..
PHỤ LỤC 1: Sơ đồ đầy đủ 471, 474 E28.2 …………………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………

6

53
53

53
54
56
56
59
61
64
67
70
70

70
71
72
74
75


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Sự phát triển nhanh chóng của mạng lưới điện Việt Nam hiện nay cả về quy
mô công suất cũng như phạm vi cung cấp điện đã đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật phải
giải quyết, trong đó vấn đề đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống ngày
càng trở nên quan trọng do tính chất phụ tải yêu cầu ngày càng cao. Mặt khác lưới
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 lưới phân phối ở Việt Nam gặp rất
nhiều khó khăn do thiếu các dữ liệu thống kê cho các phần tử của lưới, cấu trúc vận
hành lưới và đặc biệt là dữ liệu về phụ tải. Ngoài ra tại Việt Nam cũng có rất ít
những nghiên cứu về tính tốn độ tin cậy cho lưới 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 chưa thể triển khai được. Trên thực tế
hiện nay các lưới điện cấp 22kV tại các khu vực thuộc Tổng công ty Điện lực miền
Bắc không được quy hoạch, thiết kế xây dựng cùng một lúc mà thực chất được đầu
tư dần như:
- Đầu tư xây dựng dần dần vận hành lưới 35kV sau đó chuyển sang vận hành
lưới 22kV.
- Đầu tư cải tạo từ lưới 6, 10 kV khi thực hiện các dự án xóa bỏ các trạm biến
áp trung gian 35/6kV, 35/10kV.
- Đầu tư chèn dần các MBA 110kV có đầu phân áp 22kV vào các trạm 110kV
hiện tại.
- Đầu tư xây mới một số trạm biến áp 22kV cho các khu công nghiệp mới.
Nhưng vậy việc xuất hiện các đường dây trung áp trải qua nhiều giai đoạn,
nhiều thời kỳ khác nhau nên việc thiết kế các đường dây khó khăn cho việc tính
tốn độ tin cậy cung cấp điện.

7


Luận văn đặt vấn đề tìm hiểu các yêu cầu và phương pháp tính tốn độ tin cậy
cho lưới điện phân phối, đưa ra các biện pháp nâng cao độ tin cậy và sử dụng kết
quả tìm hiểu áp dụng tính tốn cụ thể cho một lưới điện phân phối thực tế tại Việt
Nam từ đó xem xét, áp dụng trong việc vận hành tối ưu các lưới điện 22kV các khu
vực nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Mục đích nghiên cứu của luận văn
Luận văn dự kiến tìm hiểu phương pháp tính tốn độ tin cậy cho lưới phân
phối, tìm hiểu về số liệu và chương trình tính tốn xử lý số liệu để xác định độ tin
cậy của lưới phân phối, các biện pháp nâng cao độ tin cậy và các tính tốn áp dụng
vào lưới phân phối thực tế tại Việt Nam, đánh giá hiệu quả của thiết bị phân đoạn
trong lưới điện trung áp 22kV kín vận hành hở, có 2 nguồn cấp.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Các nghiên cứu và tìm hiểu về phương pháp tính tốn độ tin cậy lưới phân
phối trên cơ sở là lý thuyết chung về phương pháp tính tốn độ tin cậy và áp dụng
vào đối tượng là lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam, đánh giá hiệu quả của
thiết bị phân đoạn trong lưới điện trung áp kín vận hành hở, có 2 nguồn cấp.
Đối tượng tính tốn mơ phỏng trong luận văn là dữ liệu của xuất tuyến lưới
điện phân phối thực tế 471, 474 E28.2 từ trạm 110kV Kim Động thuộc tỉnh Hưng
Yên hiện đang vận hành.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Xác định được độ tin cậy cho lưới phân phối sẽ đánh giá được chất lượng lưới
phân phối về mặt liên tục cung cấp điện cho các phụ tải. Tuy nhiên việc thống kê dữ
liệu về lưới phân phối phục vụ cho tính tốn độ tin cậy gặp khơng ít khó khăn, do
đó trong các bài toán quy hoạch thiết kế hay vận hành thường không xét đến chỉ
tiêu độ tin cậy, phương án được lựa chọn có thể khơng đảm bảo tối ưu về mặt độ tin
cậy cũng như tổn thất kinh tế gây ra do mất điện.

8


Luận văn dự kiến tìm hiểu phương pháp xác định định lượng độ tin cậy cho
lưới điện phân phối hình tia có phân đoạn, xây dựng một chương trình tính toán
định lượng cho lưới điện phân phối thực tế. Sử dụng chương trình xây dựng được
mơ phỏng bài tốn quy hoạch thiết kế lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam và
đề xuất sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy trong các bài toán quy hoạch thiết kế sau này
cho lưới điện phân phối nói chung.
Nội dung nghiên cứu
Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã được thực hiện
trong luận văn:
- Tìm hiểu lý thuyết về độ tin cậy nói chung và độ tin cậy của lưới phân phối,
các yêu cầu về đánh giá độ tin cậy lưới phân phối trong các bài toán quy hoạch và
vận hành.

- Nghiên cứu lý thuyết phương pháp tính tốn định lượng độ tin cậy cho lưới
điện phân phối, trên cơ sở đó phát triển khả năng tính tốn các chỉ số độ tin cậy lưới
phân phối điện được cung cấp điện từ 2 phía.
- Đánh giá hiệu quả của thiết bị phân đoạn trong lưới điện trung áp 22kV kín
vận hành hở, có 2 nguồn cấp.
- Sử dụng các kết quả nghiên cứu về phương pháp tính tốn độ tin cậy để áp
dụng cho bài tốn vận hành tối ưu một lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam
nhằm nâng cao chỉ số độ tin cậy vận hành, ứng dụng phương pháp tính tốn đã tìm
hiểu để tính tốn định lượng độ tin cậy theo yêu cầu của công ty điện lực.
- Tổng hợp những vấn đề còn tồn tại, những vấn đề đã giải quyết và đưa ra
những đề xuất nghiên cứu tiếp theo.
Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu dự kiến trên, phần trình bày trong bản
thuyết minh được chia thành các chương như sau:
Chương 1. Tổng quan về tính tốn đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện.

9


Chương 2. Phương pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối.
Chương 3. Áp dụng tính toán cho bài toán đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện của thiết bị phân đoạn trong lưới trong lưới phân phối có 2 nguồn
cung cấp 110/22kV 471, 474E28.2 Kim Đông, Hưng Yên.
Chương 4. Kết luận chung

10


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ ĐỘ
TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Các định nghĩa và khái niệm

1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử
Khái niệm độ tin cậy được áp dung cho một hệ thống nói chung bao gồm nhiều
phần tử độc lập tương tác với nhau trong một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện
một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong hoạt động cũng như tiến
tới sự phát triển (theo [1,2]).
Đối với hệ thống điện, các phần tử là máy phát điện, máy biến áp, đường dây
tải điện… Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyển 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.
Về mặt độ tin cậy, hệ thống điện là hệ thống phức tạp thể hiện trong:
- Cấu trúc hệ thống phức tạp, cụ thể là:
+ Số lượng rất lớn các phần tử thuộc nhiều loại khác nhau có thơng số và
hiệu quả vận hành đa dạng.
+ Sơ đồ lưới điện phức tạp, gồm nhiều lớp với các chức năng khác nhau.
- Hoạt động phức tạp, liên tục
- Rộng lớn trong không gian địa lý với nhiều u cầu xã hội chính trị cần đáp
ứng ngồi u cầu kỹ thuật.
- Phát triển không 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.

11


Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống điện sau khi bị
hỏng sẽ được phục hồi đưa trở lại làm việc, do đó các trạng thái hỏng hóc của hệ
thống cũng được phục hồi sau thời gian nhất định. Đa số các phần tử của hệ thống
điện còn được bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc đã bị suy giảm sau
thời gian làm việc.

Phần tử là những bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất
định, được xem như một tổng thể duy nhất không thể chia cắt được, đặc trưng bởi
các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài như môi trường
chứ không 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, nhưng trong bài toán về độ tin cậy của hệ
thống điện nó chỉ là một phần tử với các thông số như cường độ hỏng hóc, thời gian
phục hồi khơng đổi.
Đa số các phần tử của hệ thống điện cũng là phần tử phục hồi, vì thế các thơng
số độ tin cậy của chúng được ghi nhận và thống kê trên cơ sở giá trị trung bình
trong thời gian khảo sát, ví dụ suất sự cố trên 100km đường dây của lưới điện phân
phối (λ).
1.1.2 Độ tin cậy của hệ thống điện
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 ( theo [1]).
Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong
khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định.
Mức đo độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian
xác định. Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử).

12


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). Đấy là đối
với hệ thống (hay phần tử) không phục hồi.
Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như 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 được đo bởi một 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 với tổng thời gian
hoạt động. Ngược lại với độ sẵn sàng là độ khơng 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 được gọi chung là độ tin cậy) hoặc
độ không sẵn sàng chưa 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.
1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện
Theo [1], đối với hệ thống năng lượng nói chung, có các chỉ tiêu sau được
ứng dụng trong bài tốn quy hoạch và vận hành:
- Xác suất thiếu điện cho phụ tải, đó là xác suất cơng suất phụ tải lớn hơn
công suất nguồn điện (LOLP).
- Xác suất thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại.
- Điện năng thiếu (hay điện năng mất) cho phụ tải, đó là kỳ vọng điện năng
phụ tải bị cắt do hỏng hóc hệ thống trong một năm (EENS).
- Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện.

13


- Thời gian mất điện trung bình của hệ thống: SAIDI = tổng thời gian mất
điện của phụ tải trên tổng số phụ tải: [14]
TmđTB = SAIDI = ΣriNi/NT (giờ/phụ tải.năm)

(1.1)

Trong đó: ri là thời gian mỗi lần mất điện;

Ni là số lần mất điện;
NT là tổng số khách hàng được 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.
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

i

(giờ/lần mất điện)

(1.3)

i

Trong đó: ri là thời gian của mỗi lần mất điện; Ni là số lượng 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 được cấp điện trong một năm.

14


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 lượng 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.
CEMIn 

CN ( k  n )
NT

(1.7)

- Chỉ tiêu thời gian mất điện duy trì của hệ thống ASIDI bằng tổng thời gian
mất điện của phụ tải được 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 công 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 lượng n khách hàng phải
trải qua nhiều lần mất điện kéo dài và thoáng qua
CEMSMIn 

CNT( k  n )

(1.10)

NT

15


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
tương tự như SAIFI, nhưng 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
thoáng qua.
- Chỉ tiêu điện năng trung bình khơng được cung cấp: AENS bằng tổng điện
năng không được cung cấp trên tổng khách hàng.
AENs = ΣLa(i)/Ni (kWh/khách hàng)

(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 trưng 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 lượng ngẫu
nhiên được đo bởi xác suất phần tử ở trạng thái đó hay gọi tắt là xác suất trạng thái.
Tổng xác suất trạng thái của tập đủ các trạng thái bằng 1.

16


Ví dụ, máy biến áp có thể có hai trạng thái:
- Trạng thái tốt hay trạng thái làm việc;
- Trạng thái hỏng.
Nếu xét đến bảo dưỡng định kỳ thì có ba trạng thái.
Máy phát bình thường có hai hoặc ba trạng thái:
- Trạng thái tốt.
- Trạng thái hỏng một phần.
- Trạng thái hỏng tồn phần.
Máy phát dự trữ lạnh cịn có thể có trạng thái dự phịng lạnh, khởi động…
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 được áp dụng trong hầu hết các bài toán độ tin cậy.
Các trạng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn hỏng hóc hệ thống
điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy, phụ thuộc vào mục
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 được đặc trưng bởi:

17


- 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
tương đối hệ thống ở trạng thái i.
Các trạng thái của hệ thống điện được 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 đường 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:
- Phụ tải bị mất điện.

18


- 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 đường dây cấp điện trực tiếp
+ Đường 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 đường dây có gây ra các trạng thái hỏng
của hệ thống điện hay khơng cịn tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống điện độ dư thừa
công suất phát, độ dư thừa khả năng tải của lưới 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 cơng 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 lưỡng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên
khơng biết trước.
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 trước hoặc đúng thời điểm t.

19


Hàm mật độ là fT(t):
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 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, 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

20


Hình 1.2 Hàm phân bố R(t) và FT(t)
Cường độ hỏng hóc được 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 đương nhiên đã xảy ra B, nghĩa là
muốn làm việc trong khoảng t, t + Δt thì đương nhiên phải làm việc đến t) như
trường hợp đang xét ta có:
P(A  B)  1 và P(A  B)  P(A)

21


Như 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:
 (t) 

fT (t )
f (t )
 T
R(t ) 1  FT (t )

(1.24)

Công thức này cho quan hệ giữa các đại lượng: hàm phân bố, hàm mật độ,
độ tin cậy và cường độ hỏng hóc
Nếu ta lấy logarit của R(t) rồi đạo ham theo t, sẽ được:
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 được độ tin cậy của phần
tử khi biết cường độ hỏng hóc của nó, cịn cường độ hỏng hóc thì được xác định
nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử.
Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện:
λ(t) = λ = hằng số
do đó: R(t )  et ; FT (t )  1  et ; fT  et
Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ.
Thời gian làm viêc trung bình TLV

22

(1.28)




TLV





dR(t )
  t. fT (t )dt    t
dt   R(t )dt
dt
0
0
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 cường
độ hỏng hóc của các phần tử có luật phân bố mũ.
Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mơ tả nhờ λ(t), hoặc là R(t).
1.1.5.2 Mơ hình cường 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 thường của phần tử: λ(t) = hằng số.
III- Thời kỳ già cỗi λ(t) tăng dần.
Đối với các phần tử phục hồi như 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, người ta phải áp dụng
biện pháp bảo dưỡng định kỳ để phục hồi độ tin cậy của phần tử. Sau khi bảo dưỡng
định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở lại giá trị ban đầu. Bảo dưỡng định kỳ làm cho
cường 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 như λ(t) là
hằng số và bằng λtb để tính tốn độ tin cậy.

23


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 tưởng, có thời gian phục hồi τ = 0
Giả thiết rằng sửa chữa như mới. Trong thực tế, đây là các trường hợp 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 tốt. Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của
loại phần tư 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 được phục hồi tức thời.
Tương tự như λ(t), đại lượng w(t).Δt là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong
khoảng (t, t+Δt).
Dưới 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.

24