Nghiên cứu, tính toán vị trí đặt thiết bị cầu dao điện tử nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối 22kv thành phố hạ long

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

NGUYỄN THANH SƠN
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VỊ TRÍ ĐẶT THIẾT BỊ CẦU DAO ĐIỆN TỬ
NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV
THÀNH PHỐ HẠ LONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên nghành: Kỹ Thuật Điện

Hà Nội – Năm 2019


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

NGUYỄN THANH SƠN
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VỊ TRÍ ĐẶT THIẾT BỊ CẦU DAO ĐIỆN TỬ
NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV
THÀNH PHỐ HẠ LONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên nghành: Kỹ Thuật Điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS Trần Mạnh Hùng

Hà Nội – Năm 2019

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Thanh Sơn
Đề tài luận văn: Nghiên cứu, tính tốn vị trí đặt thiết bị cầu dao điện
tử nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối 22kV thành phố Hạ
Long.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số SV: CB170179
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
26/4/2019 với các nội dung sau:
- Đã chỉnh sửa các lỗi sai xót theo kiến nghị của phản biện.
- Đã viết lại phần mở đầu và chương 1.
- Đã chỉnh sửa phần tài liệu tham khảo.
Ngày

tháng

năm 2019

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

TS. Trần Mạnh Hùng

Nguyễn Thanh Sơn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Trần Bách


MỤC LỤC

 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP
HẠ LONG ......................................................................................................... 9 
1.1  Tình hình độ tin cậy lưới điện Việt Nam ....................................................... 9 
1.2  Sử dụng cầu dao phân đoạn điện tử trên lưới điện ...................................... 11 
1.3  Giới thiệu về lưới điện phân phối thành phố Hạ Long ................................ 12 
1.3.1 Khái niệm lưới điện phân phối ................................................................ 12 
1.3.2 Các phần tử chính trong lưới điện phân phối thành phố Hạ Long .......... 13 
1.4  Đánh giá độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366 .......................................... 15 
1.5  Độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố Hạ Long..................................... 16 
1.6  Nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy lưới điện phân phối TP Hạ Long . 17 
1.6.1 Giải pháp cải thiện độ tin cậy lưới điện phân phối TP Hạ Long ............. 19 
1.7  Một số phương pháp xác định vị trí sự cố trong lưới điện phân phối [29] .. 23 
1.7.1 Một số giải pháp xác định vị trí sự cố trong lưới điện phân phối............ 23 
1.7.2 Giải pháp đề xuất ..................................................................................... 32 
1.8  Giới thiệu về cầu dao phân đoạn điện tử [29] .............................................. 33 
1.8.1 Cấu tạo ..................................................................................................... 33 
1.8.2 Cấu tạo mạch điện tử ............................................................................... 36 
1.8.3 Cấu tạo cơ cấu tác động ........................................................................... 38 
1.8.4 Ứng dụng của cầu dao phân đoạn điện tử ............................................... 41 

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT, SỐ LẦN ĐẾM CỦA CẦU
DAO PHÂN ĐOẠN ĐIỆN TỬ VÀ XÂY DỰNG HÀM MỤC TIÊU .......... 43 
2.1  Xác định trục chính [29] .............................................................................. 43 
2.2  Xây dựng hàm mục tiêu ............................................................................... 45 
2.3  Hàm ràng buộc ............................................................................................. 48 
2.4  Giải thuật di truyền và ứng dụng phần mềm MATLAB [29] ...................... 50 
2.4.1 Khái qt chung ....................................................................................... 50 
2.4.2 Mơ tả thuật tốn ....................................................................................... 51 
1


2.4.3 Hộp cơng cụ tối ưu MATLAB................................................................. 57 
2.4.4 Trình tự giải quyết bài tốn xác định vị trí lắp đặt hợp lý cầu dao phân
đoạn điện tử ............................................................................................................... 60 

CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO ĐƯỜNG DÂY 474E5.4 ........ 62 
3.1  Giới thiệu về lộ trung áp 474 trạm E5.4 Giếng Đáy .................................... 62 
3.2  Kết quả áp dụng ........................................................................................... 67 
3.2.1 Xác định trục chính.................................................................................. 67 
3.2.2 Vị trí lắp đặt ............................................................................................. 69 
3.2.3 Đánh giá kết quả ...................................................................................... 71 

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 73 

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là nghiên
cứu của riêng cá nhân tơi, các kết quả tính tốn trong luận văn là trung thực và chưa

được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào. Có tham khảo một số tài liệu và bài báo
của các tác giả trong và ngồi nước đã được xuất bản. Tơi xin chịu hồn tồn trách
nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.

Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2019
Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Sơn

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐZ

Đường dây

MC

Máy cắt

ES

Thiết bị phân đoạn tự động

GA

Giải thuật di truyền

NST

Nhiễm sắc thể

ENS

Điện năng ngừng cung cấp

SAIDI

Thời gian mất điện trung bình của hệ thống

SAIFI

Số lần mất điện trung bình của hệ thống

4


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thông số quản lý đường dây và TBA Điện lực TP Hạ Long ....................14 
Bảng 1.2 Chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện Điện lực TP Hạ Long năm 2017, 2018:
...........................................................................................................................16 
Bảng 1.3 Thống kê sự cố lưới 22kV TP Hạ Long ....................................................18 
Bảng 1.4 Bảng trạng thái (mẫu) ................................................................................28 
Bảng 1.5 Bảng trạng thái...........................................................................................30 
Bảng 1.6 Các bước định vị của thuật toán ................................................................31 
Bảng 1.7 Tổng kết các phương án.............................................................................32 
Bảng 2.1 Quần thể ban đầu .......................................................................................55 
Bảng 2.2 Thế hệ 2 .....................................................................................................55 

Bảng 2.3 Thế hệ 3 .....................................................................................................56 
Bảng 2.4 Kết quả ở thế hệ 10 ....................................................................................56 
Bảng 2.5 Bảng mẫu dữ liệu đầu vào .........................................................................60 
Bảng 3.1 Thông số lộ trung áp 474 trạm E5.4 Giếng Đáy........................................62 
Bảng 3.2 Kết quả lắp đặt cầu dao phân đoạn điện tử ................................................69 
Bảng 3.3 Đánh giá chỉ tiêu độ tin cậy .......................................................................71 

5


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Chỉ số SAIDI của Việt Nam (phút trên khách hàng) từ 2012-2018 ............ 9 
Hình 1.2 Chỉ số SAIDI ở một số khu vực trên thế giới (2015) ................................10 
Hình 1.3 Sơ đồ tổng quan hệ thống lưới điện phân phối [30]...................................13 
Hình 1.4 Chỉ số SAIDI Điện lực TP Hạ Long 2017-2018. .......................................17 
Hình 1.5 Sơ đồ thay thế một đoạn đường dây ..........................................................23 
Hình 1.6 Sự cố pha-đất..............................................................................................25 
Hình 1.7 Sự cố pha-pha .............................................................................................27 
Hình 1.8 Ví dụ định vị sự cố .....................................................................................30 
Hình 1.9 Cầu dao phân đoạn điện tử .........................................................................33 
Hình 1.10 Mặt cắt của cầu dao phân đoạn điện tử [13] ............................................33 
Hình 1.11 Chỉnh thơng số cho cầu dao phân đoạn điện tử .......................................35 
Hình 1.12 Cấu tạo mạch logic của cầu dao phân đoạn .............................................36 
Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của mạch logic .......................................................36 
Hình 1.14 Biểu đồ hoạt động theo thời gian của cầu dao phân đoạn điện tử ...........38 
Hình 1.15 Cầu dao phân đoạn ở trạng thái đóng.......................................................38 
Hình 1.16 Cầu dao phân đoạn ở trạng thái mở .........................................................39 
Hình 1.17 Mặt cắt ống dẫn của cầu dao phân đoạn ..................................................39 
Hình 1.18 Cơ cấu tác động của cầu dao phân đoạn ..................................................40 
Hình 1.19 Sử dụng cầu dao phân đoạn điện tử trong lưới điện phân phối ...............42 

Hình 2.1 Ví dụ xuất tuyến 6 nút ................................................................................44 
Hình 2.2 Sơ đồ giải thuật di truyền ..........................................................................52 
Hình 2.3 Giao diện hộp cơng cụ tối ưu của MATLAB.............................................57 
Hình 3.4 Quy trình xử lý bài tốn xác định vị trí đặt cầu dao phân đoạn và điện tử 61 
Hình 4.1 Sơ đồ đường dây 474E5.4 Giếng đáy ........................................................66 
Hình 4.2 Trục chính của lộ trung áp 474 trạm E5.4 Giếng Đáy ...............................68 
Hình 4.3 Vị trí lắp cầu dao phân đoạn điện tử trên đường dây 474 trạm E5.4 .........70 

6


MỞ ĐẦU
Thành Phố Hạ Long là thủ phủ của Tỉnh Quảng Ninh, là nơi diễn ra nhiều sự
kiện văn hóa, chính trị, xã hội và là nơi tập trung nhiều phụ tải có yêu cầu rất cao
trong việc đảm bảo cung cấp điện. Hàng năm vào các dịp lễ hội, các ngày nghỉ lễ trên
địa bàn TP Hạ Long thường diễn ra các sự kiện văn hóa do tỉnh tổ chức và đón hàng
triệu khách du lịch trong và ngồi nước. Ngồi ra các khu cơng nghiệp, các doanh
nghiệp sản xuất trên địa bàn ngày càng được đầu tư nhiều vào máy móc thiết bị hiện
đại.
Trong những năm gần đây, việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đang là vấn
đề được quan tâm hàng đầu của Tổng công ty Điện lực Miền Bắc, và được Công ty
điện lực Quảng Ninh đưa thành chỉ tiêu pháp lệnh. Có nhiều giải pháp đưa ra để giảm
thời gian mất điện của lưới điện phân phối như tối ưu hóa cơng tác quản lý vận hành,
nâng cao chất lượng nguồn nhân lực hay giảm thời giam tìm kiếm và xử lý sự cố.
Trong thời gian từ 2016-2018, Công ty Điện lực Quảng Ninh đã tăng cường hiệu quả
của công tác quản lý vận hành, tối ưu hóa dây truyền sản xuất và nhân lực tại công
ty để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên địa bàn tỉnh và đặc biệt trên địa bàn
thành phố Hạ Long.
Từ yêu cầu thực tiễn đó, các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đã
và đang thực hiện chưa đáp ứng độ tin cậy cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEEC 1366

đang được áp dụng, cần thiết phải có giải pháp mang tính cơng nghệ và đạt hiệu quả
cao hơn nữa trong công tác vận hành lưới điện. Phương pháp giảm thời gian tìm kiếm
sự cố là phương pháp có hiệu quả cao do thực trạng vận hành ở lưới điện phân phối
Việt Nam cịn khá thủ cơng. Cụ thể, phương pháp tìm kiếm sự cố hiện tại đang là tìm
kiếm thủ công sau khi phân đoạn nên mất nhiều thời gian khơi phục điện cho khách
hàng. Vì vậy, giảm thời gian tìm kiếm sự cố có thể giúp nâng cao đáng kể độ tin cậy
cung cấp điện. Trong các phương pháp xác định vị trí sự cố trong lưới điện phân phối
là phương pháp đáng được nghiên cứu hiện nay, phương pháp này sử dụng các thiết
bị có chức năng chỉ báo sự cố (máy cắt, thiết bị cảnh báo sự cố, cầu dao phân đoạn
7


điện tử,…) đã và đang được ứng dụng trong thực tế bởi các ưu điểm như: thiết bị có
chi phí khơng q cao, khơng u cầu tính tốn phức tạp và khi lưới điện phát triển
thì khơng bị ảnh hưởng nhiều. Tuy nhiên, khi sử dụng các thiết bị này thì việc lựa
chọn vị trí lắp đặt cần tính tốn và số lần đếm sự cố của cầu dao phân đoạn điện tử
để các thiết bị phối hợp được với nhau tốt nhất. Trong khuôn khổ luận văn này, giải
thuật di truyền (Genetic Algorithm) được áp dụng để giải quyết bài tốn tối ưu vị trí
lắp đặt và số lần đếm cài đặt của cầu dao phân đoạn điện tử trên lưới điện phân phối
hình tia và áp dụng vào xuất tuyến 474 E5.4 Giếng Đáy. Các chỉ tiêu về độ tin cậy
được sử dụng để đánh giá phương án là SAIDI (thời gian mất điện trung bình của hệ
thống) và ENS (Điện năng ngừng cung cấp).
Bản luận văn bao gồm các nội dung chính sau:
•

Mở đầu

•

Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối TP

Hạ Long.
•

Chương 2: Tính tốn vị trí lắp đặt và số lần đếm của cầu dao phân đoạn

điện tử.
•

Chương 3: Áp dụng tính tốn cho lưới điện thực tế.

•

Kết luận và kiến nghị.

Bản luận văn được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các
thầy giáo, cơ giáo. Do thời gian có hạn, tuy đã cố gắng nhưng cịn nhiều khiếm khuyết
nên luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được ý kiến đóng
góp, đánh giá để trau dồi thêm kiến thức.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Viện Điện và bộ môn Hệ
thống điện cũng như Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ em
trong quá trình học tập tại trường. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Trần Mạnh
Hùng đã tận tình hướng dẫn, đồng hành với em trong thời gian vừa qua. Em rất mong
tiếp tục nhận được sự chỉ bảo của các thầy, cô giáo để không ngừng học hỏi, mở
mang kiến thức trong thời gian sắp tới.
8


Chương 1. Tổng quan về độ tin cậy lưới điện phân phối TP Hạ Long
1.1

Tình hình độ tin cậy lưới điện Việt Nam
Theo báo cáo thường niên của Tập đoàn Điện Lực Việt Nam [1], chỉ số SAIDI

của toàn bộ hệ thống điện Việt Nam (phút/khách hàng) qua các năm được biểu diễn
ở Hình 1.1.

BIỂU ĐỒ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA EVN
9000

8077

8000
7000

PHÚT

6000
4067

5000

3134

4000

2281

3000

1651
1077

2000

728

1000
0
CHỈ SỐ SAIDI (PHÚT/KHÁCH HÀNG)
2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

Hình 1.1 Chỉ số SAIDI của Việt Nam (phút trên khách hàng) từ 2012-2018
Có thể thấy qua các năm độ tin cậy của hệ thống điện Việt Nam đang được cải
thiện dần qua các năm nhờ nỗ lực trên nhiều mặt như đầu tư xây dựng, cải tạo và
nâng cấp lưới điện, nâng cao chất lượng công tác quản lý vận hành cũng như nâng
cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ của cán bộ công nhân viên. Cụ thể, thời gian mất
điện của hệ thống của năm 2018 chỉ bằng khoảng một phần mười so với năm 2012.

Hàng năm thời gian mất điện của khách hàng giảm đi đáng kể từ 20-50% so với năm
trước.

9


Tuy nhiên, khi so với các hệ thống điện khác trên thế giới, chỉ số độ tin cậy
SAIDI của hệ thống điện Việt Nam vẫn còn rất cao. Ở các nước đang phát triển có
chỉ số SAIDI rất thấp. Cụ thể, theo [2], chỉ số SAIDI của các nước và khu vực phát
triển trên thế giới năm 2015 được thể hiện ở hình 1.2.

Chỉ số SAIDI một số khu vực trên thế giới
138.8

140
120
100
PHÚT

83.6
80
61
60
32.8

40

20

21

4

20
0

Chỉ số SAIDI của một số khu vực trên thế giới

TOKYO JAPAN

NEW YORK

CALIFORNIA

GERMANY FRANCE UNITED KINGDOM

Hình 1.2 Chỉ số SAIDI ở một số khu vực trên thế giới (2015)
Có thể thấy chỉ số SAIDI của những khu vực này không lớn hơn 150 phút trên
khách hàng trong một năm, thậm chí ở Tokyo, chỉ số SAIDI chỉ có 4 phút trên một
khách hàng trong một năm.
Nguyên nhân cho việc sở hữu độ tin cậy cao của những khu vực này không
chỉ nhờ năng lực chất lượng cao mà cịn phụ thuộc vào hệ thống thiết bị, cơng nghệ
giúp cho lưới điện không những phát hiện và loại trừ nhanh điểm sự cố mà cịn duy
trì việc cung cung cấp điện liên tục cho các phụ tải khi có sự cố hoặc công tác trên
lưới điện.
Tổng quan ta thấy độ tin cậy của lưới điện tại Việt Nam còn rất thấp, mặc dù
trong những năm gầm đây đã cải thiện rất nhiều về năng lực quản lý, lắp bổ sung
nhiều thiết bị nhận biết sự cố và khắc phục nhanh sự cố. Để nâng cao hơn nữa độ tin
10

cậy cung cấp điện trong thời gian tới, ta phải áp dụng thêm các biện pháp kỹ thuật để
xác định và loại trừ ngay vùng sự cố và khôi phục lại điện cho khách hàng khơng bị
ảnh hưởng.
Có nhiều phương pháp định vị sự cố trên lưới điện phân phối. Điểm chung
của các phương pháp này đều là phải sử dụng các thiết bị hiện đại. Các thiết bị hiện
đại đó thường có giá thành khá cao, do vậy, khi đầu tư để cải thiện độ tin cậy lưới
điện phân phối cần phải xét đến cả yếu tố kinh tế.
Trong các phương án đang được sử dụng phổ biến hiện nay, phương pháp sử
dụng các thiết bị có chức năng nhận biết quá dòng (máy cắt, thiết bị chỉ báo sự cố,
máy cắt tự đóng lại Recloser hay cầu dao phân đoạn điện tử). Các thiết bị này đã
được ứng dụng rộng rãi trong thực tế do dễ dàng áp dụng cho lưới điện phân phối
hình tia và khơng gặp khó khăn khi lưới điện phát triển.
Một trong các thiết bị mang lại hiệu quả cao và có giá thành hợp lý là cầu dao
phân đoạn điện tử mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện, có khả năng ngắt khơng tải, khoanh vùng phạm vi ảnh hưởng khi bị sự cố. Tuy
nhiên, khi sử dụng cầu dao phân đoạn điện tử, có một số bài toán cần giải quyết, các
bài toán cụ thể như mục 1.2 dưới đây.
1.2

Sử dụng cầu dao phân đoạn điện tử trên lưới điện
Khi lắp đặt cầu dao điện tử trên lưới điện, phát sinh 2 bài toán cần giải quyết

như sau:
- Bài toán 1: Xác định số lượng cầu dao, vị trí lắp đặt và số lần đếm của thiết
bị để đạt được chỉ tiêu về độ tin cậy;
- Bài toán 2: Với số lượng cầu dao cho trước (theo số lượng được phân bổ),
tìm vị trí lắp đặt và cài đặt số lần đếm để cải thiện tối đa độ tin cậy.
Để thực hiện bài toán 1, có thể cần một lượng ngân sách khá lớn để đáp ứng
được độ tin cậy yêu cầu. Trong khi đó, bài tốn 2 có tính thực tế cao bởi trong quá

11


trình vận hành, các đơn vị điện lực thường được cấp phân bổ thiết bị theo số lượng
có hạn theo chi phí đầu tư và sửa chữa hàng năm.
Để nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố Hạ Long, trong khuôn
khổ luận văn này, sẽ đưa ra một số phương pháp định vị sự cố trong lưới điện phân
phối đang được nghiên cứu phổ biến hiện nay và phương án sử dụng giải thuật di
truyền (Genetic Algorithm) để xác định vị trí lắp đặt, số lần đếm thích hợp cho các
thiết bị cầu dao phân đoạn điện tử được phân bổ theo bài toán 1.
1.3

Giới thiệu về lưới điện phân phối thành phố Hạ Long

1.3.1 Khái niệm lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối
điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện
cấp điện cho phụ tải. Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa
điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung
áp và lưới điện hạ áp [3].
Lưới điện phân phối gồm hai phần: [3]
• Lưới điện phân phối trung áp gồm các cấp điện áp 6,3kV, 10,5kV, 23kV,
35kV phân phối cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và các phụ tải trung áp.
• Lưới điện phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải
hạ áp như hộ gia đình hoặc đơn vị sản xuất, kinh doanh nhỏ Lưới điện phân phối phải
đảm bảo các yêu cầu:
Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian,
trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải, từ một hoặc nhiều
nguồn cung cấp.

Đảm bảo cung cấp điện liên tục và đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải.
Đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng điện năng theo quy định để không gây ảnh
hưởng tới khách hàng.

12


Lưới điện phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở. Khi sự cố phần lưới
phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn sẽ cắt điện, sau khi cô lập
đoạn sự cố, phần lưới khơng bị sự cố sẽ được đóng điện để tiếp tục vận hành. Do đó,
cấu trúc vận hành lưới điện phân phối là cấu trúc hình tia.

Hình 1.3 Sơ đồ tổng quan hệ thống lưới điện phân phối [30].
1.3.2 Các phần tử chính trong lưới điện phân phối thành phố Hạ Long
Khối lượng quản lý vận hành lưới điện trung thế TP Hạ Long bao gồm (Bảng 1.1):

13


Bảng 1.1 Thông số quản lý đường dây và TBA Điện lực TP Hạ Long
Đường dây trung áp (km)
35kV
Tài sản

Điện lực

ĐDK

Cáp ngầm

ĐDK

Cáp ngầm

ĐDK

Cáp ngầm

(km)

(km)

(km)

(km)

(km)

(km)

(km)

(km)

55.56

3.6

180.8

123.19

0

0

6.6

0

6.50

0.50

26.82

10.65

0.00

0.00

2.50

0.00

Trạm 35/0,4kV

Trạm 22/0,4kV

Trạm 6/0,4kV

Dung

Dung

Dung

Trạm/
Máy

lực
Khách
hàng

6kV

Cáp ngầm

hàng

Điện

10kV

ĐDK

Khách

Tài sản

22kV

lượng
(kVA)

Trạm/
Máy

lượng
(kVA)

Trạm/
Máy

lượng
(kVA)

Trạm

Tổng trạm

22/0,23kV

phân phối

Trạm/
Máy

Dung

lượng
(kVA)

Dung
Trạm/

lượng

Máy

(kVA
)

13/13

6,050

472/484

185,940

5/5

2330

1/1

160

491/503

36/37

34,930

375/378

193,553

4/4

1160

-

-

415/419

94,48
0
229,6
43

Lưới điện TP Hạ Long được chia thành 02 khu vực Hạ Long và Bãi Cháy độc
lập. Lưới điện 22kV Khu vực Hạ Long được cấp nguồn từ 02 TBA 110 kV E5.10 Hà
Tu và E5.2 Giáp khẩu. Các đường dây 22kV cấp từ 02 TBA 110 kV này được kết nối
mạch vòng với nhau. Lưới trung thế 22kV khu vực Bãi cháy cũng có khả năng kết
nối mạch vịng liên thông và được cấp nguồn từ trạm 110kV E5.4 Giếng Đáy, E5.26
Hà Khẩu, E5.11 Cái Lân.

Các phần tử chủ yếu trong lưới điện phân phối TP Hạ Long bao gồm:
•

Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối xuống hạ áp.

•

Các xuất tuyến đường dây trung và hạ áp (đường dây trên không và

cáp ngầm).
14


•

Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: máy cắt tại đầu xuất tuyến, recloser, tủ

RMU, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, aptomat hạ áp, hệ thống rơle bảo vệ, cầu
dao phụ tải, bộ cảnh báo sự cố….
•

Thiết bị điều chỉnh điện áp: thiết bị điều chỉnh đầu phân áp các máy

biến áp, các hệ thống tụ bù, thiết bị cân bằng tải, thiết bị lọc sóng hài bậc cao.
•

Thiết bị đo lường: cơng tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản

kháng, đồng hồ đo điện áp và dịng điện, thiết bị truyền thơng tin đo lường...
•

Các thiết bị bù nâng cao hệ số công suất: tụ bù trung hạ thế.

•

Thiết bị nâng cao độ tin cậy: thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng

nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, bộ cảnh báo sự cố, tủ RMU có
cảnh báo sự cố cáp…
•

Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy cắt có điều khiển từ xa,

thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin...
1.4

Đánh giá độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366
Theo bộ tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện IEEE 1366 bao gồm 9 tiêu chí

mất điện kéo dài, 3 tiêu chí mất điện thống q và 3 tiêu chí đánh giá khác. Phần lớn
các nước trên thế giới đang áp dụng các chỉ số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI để đánh
giá độ tin cậy cung cấp điện và hiện nay Việt Nam đang triển khai áp dụng các chỉ số
SAIDI, SAIFI, MAIFI để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện. Trong đó SAIDI là tiêu
chí cơ bản và quan trọng nhất. Trong khuôn khổ luận văn này tôi sẽ sử dụng 02 tiêu
chí đó là chỉ số SAIDI và ENS để đánh giá:
- SAIDI: thời gian mất điện trung bình của hệ thống, được tính theo cơng thức
sau:
SAIDI 

 T .N

i

i

i

N

Trong đó, Ti là thời gian mất điện lần thứ i.

15

(2.1)


- ENS (Điện năng ngừng cung cấp): Điện năng ngừng cung cấp, được tính theo
cơng thức sau:
ENS   Pi .Ti

(2.2)

i

Trong đó, Pi là cơng suất khách hàng bị ngừng cung cấp ở lần mất điện thứ i
1.5

Độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố Hạ Long
Hiện nay tổng công ty Điện lực miền bắc giao chỉ tiêu cho các Công ty Điện

lực TP thực hiện độ tin cậy theo 3 chỉ tiêu MAIFI, SAIDI và SAIFI. Số liệu kế hoạch

giao cho Điện lực TP Hạ Long và các chỉ tiêu Điện lực TP Hạ Long đã thực hiện
trong năm 2017 và 2018 như Bảng 1.2:
Bảng 1.2 Chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện Điện lực TP Hạ Long năm 2017, 2018:
Điện lực TP
Hạ Long

Mất điện do sự cố
MAIFI

SAIDI

SAIFI

Năm

Mất điện do cắt điện có kế
hoạch
MAIFI

SAIDI

SAIFI

2017

Giao

0,14

205,43

2,95

0,00

572,10

4,47

Thực hiện

1,35

340,45

8,54

0,00

755,96

5,03

966,4

165,7

289,5

0,0

132,1

112,6

Mức độ hồn
thành (%)
Năm

2018

Giao

0,07

156,52

2,18

0,00

493,67

3,73

Thực hiện

1,07

178,91

6,41

25,36

2482,47

9,02

1518,4

114,3

294,2

0,0

502,9

241,9

Mức độ hoàn
thành (%)

16


Chỉ số SAIDI Điện lực TP Hạ Long năm 2017, 2018
3000
2482.47

2500

Phút

2000

1500

1000

755.96
572.1

500
205.43

493.67

340.45
156.52 178.91

0
2017
KH Giao (Sự cố)

2018

Thực hiện (Sự cố)

KH giao (Cắt điện)

Thực hiện (Cắt điện)

Hình 1.4 Chỉ số SAIDI Điện lực TP Hạ Long 2017-2018.
1.6

Nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy lưới điện phân phối TP Hạ Long
Là một Điện lực thực hiện nhiệm vụ quản lý vận hành kinh doanh bán điện

trên địa bàn trung tâm hành chính của tỉnh, nơi có nhiều phụ tải đặc biệt quan trọng
cũng như thường xuyên diễn ra các sự kiện có ý nghĩa lớn về chính trị, văn hố của
tỉnh, việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là điều hết sức cần thiết. Tuy nhiên lưới
điện trung - hạ áp thuộc dự án cải tạo lưới điện TP Hạ Long đã vận hành nhiều năm,
trong những năm gần đây đã xuống cấp đồng loạt. Mặc dù đã được quan tâm, đầu tư
cải tạo, tuy nhiên do khối lượng lớn nên để giải quyết vấn đề trên cần bố trí nguồn
vốn đầu tư cải tạo, thực hiện trong thời gian dài.
Lưới điện TP Hạ Long đang phát triển nhanh, công suất và số phần tử thiết bị
điện trên một đường ngày càng lớn dẫn đến nguy cơ sự cố cao, mỗi lần sự cố ảnh
hưởng đến nhiều thiết bị khác trên đường dây. Trong khi đó, các trạm biến áp 110kV
theo quy hoạch hiện đang chậm tiến độ dẫn đến lưới điện đang vận hành ở phương
thức chưa thực sự tối ưu.
17


Lưới điện thành phố Hạ Long có kết cấu phức tạp, gồm nhiều phần tử, nhiều
hình thái liên kết, địa hình đồi núi phức tạp và nhiều sét dẫn đến nhiều khó khăn trong
cơng tác vận hành. Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung
cấp điện cho khách hàng cho từng vùng hoặc tồn hệ thống. Ngun nhân gây mất
điện có rất nhiều, theo thống kê ta phân ra thành năm nhóm nguyên nhân chính:

-

Do thời tiết: lũ lụt, mưa bão, lốc xốy, giơng sét, nắng nóng…

-

Do hư hỏng các thành phần của hệ thống điện như: hỏng máy biến áp, hỏng
thiết bị đóng cắt, sự cố đường dây, cáp ngầm, hư hỏng thiết bị bảo vệ ..

-

Do hoạt động của hệ thống như: Sự cố hệ thống rơ le, bảo vệ, hệ thống thông
tin liên lạc.

-

Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định của hệ thống, điện áp cao/thấp, tần số
cao/thấp, quá tải đường dây, máy biến áp, mất cân bằng phụ tải, do nhân viên
vận hành, nhân viên điều độ hệ thống điện.

-

Các nguyên nhân khác: động vật, phương tiện vận tải, đào đất, hỏa hoạn, phá
hoại...
Số liệu thống kê sự cố năm 2017 và 2018 lưới điện trung thế 22kV Thành phố

Hạ Long và đường dây 474E5.4 như bảng sau:
Bảng 1.3 Thống kê sự cố lưới 22kV TP Hạ Long
Năm

Sự cố vĩnh cửu

Sự cố thoáng qua

2017

96

163

2018

81

137

2017

9

39

2018

7

30

Điện lực

ĐZ 474E5.4
Thống kê các nguyên nhân gây sự cố cho thấy rằng, nhiều sự cố của lưới phân
phối bắt nguồn yếu tố thiên nhiên như: sét, bão, mưa, lũ lụt, động vật… Những sự cố
18


mất điện khác có thể quy cho khiếm khuyết của thiết bị, vật liệu và hành động của
con người như: xe vận tải đâm phải cột, phương tiện chạm vào dây dẫn, cây đổ, phá
hoại, máy đào phải cáp ngầm. Một số sự cố nguy hiểm và lan rộng trong hệ thống
phân phối do bão, lũ lụt. Trong trường hợp đó, sự khơi phục cấp điện bị chậm chễ
bởi các yếu tố mất an tồn trong q trình thực hiện và điện lực thường thiếu nhân
lực, phương tiện, máy móc thiết bị để khôi phục nhanh lưới điện trên địa bàn rộng
lớn và phức tạp.
Việc phối hợp giữa lập kế hoạch bảo trì phịng ngừa với việc phân tích độ tin
cậy mang lại hiệu quả. Việc phân tích sự cố giúp xác định rõ những điểm yếu nhất
của hệ thống phân phối, giải quyết nhanh và chính xác các điểm có nguy cơ gây sự
cố. Tuy nhiên thực tế trên lưới sự cố vẫn ở mức cao so với các nước trong khu vực.
1.6.1 Giải pháp cải thiện độ tin cậy lưới điện phân phối TP Hạ Long
Để nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối thì ta cần thực hiện đồng thời nhiều
giải pháp trên lưới điện, cụ thể như sau:
Đầu tiên là việc nâng cao chất lượng công tác quản lý vận hành, tăng cường
kiểm tra bảo dưỡng đường dây định kỳ, khắc phuc được các nguy cơ đe dọa gây sự
cố, ngăn ngừa sự cố chủ quan. Bao gồm trang bị đầy đủ các phương tiện phục vụ
công tác quản lý vận hành như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng… Đào tạo để
nâng cao kiến thức tay nghề cùng tính kỷ luật cao cho nhân viên vận hành. Đưa vào
sửa chữa lưới điện hot-line cho tất cả các vị trí có thể thực hiện được. Tăng cường
công tác vệ sinh đường dây và thiết bị bằng công nghệ vệ sinh rửa sứ hot-line. Xây
dựng quy trình quản lý vận hành hợp lý và khả thi cho công nhân làm việc trực tiếp.
Công tác quản lý kỹ thuật phải được thực hiện bằng phần mềm để nâng cao khả năng
kiểm sốt và khai thác thơng tin.

Thứ hai là việc sử dụng các thiết bị điện trên lưới phải có chất lượng tốt và độ
tin cậy cao. Điều này phụ thuộc vào các tiêu chí trong công tác đầu tư mới và đầu tư
sửa chữa lưới điện. Các thiết bị khi đưa vào lưới điện cần có độ tin cậy cao trong hệ
thống điện như là đường dây, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ,
19


điều khiển và tự động hóa…Ngồi ra các thiết bị điện của các khách hàng có trạm
chuyên dùng riêng cũng phải được khuyến cáo sử dụng thiết bị đạt tiêu chuẩn. Ngày
nay, với sự phát triển mạnh của ngành công nghệ sản xuất và vật liệu điện, đã có
nhiều thiết bị điện có độ tin cậy rất cao. Về vật liệu có thể kể đến như: vật liệu cách
điện có cường độ cách điện cao như các loại giấy cách điện, sứ cách điện bằng
silicon,... Về thiết bị điện có thể kể đến như máy cắt chân không, máy cắt điện khí
SF6 hay máy cắt khơng khí. Các thiết bị bảo vệ tự động hóa hiện nay sử dụng cơng
nghệ kĩ thuật số có độ tin cậy cao hơn rất nhiều so với thiết bị sử dụng rơle điện từ
trước đây. Ngoài ra máy biến áp hiện nay sử dụng vật liệu dẫn từ có tổn hao nhỏ và
cách điện tốt nên có độ tin cậy cao. Tuy nhiên việc sử dụng thiết bị có độ tin cậy cao
đồng nghĩa với việc tăng chi phí đầu tư cho lưới điện, vì vậy việc sử dụng nó tùy vào
điều kiện cụ thể. Đối với các hộ phụ tải không được phép mất điện thì đầu tư với khả
năng tốt nhất cho phép. Đối với các phụ tải khác phải dựa trên sự so sánh giữa tổn
thất do mất điện và chi phí đầu tư. Trên thực tế lưới phân phối hiện nay vẫn cịn sử
dụng nhiều thiết bị cũ, cơng nghệ lạc hậu, có độ tin cậy thấp và cũng đang dần được
thay thế bằng những thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện
ngày càng được nâng cao rõ rệt.
Biện pháp thứ ba là tăng cường sử dụng các thiết bị tự động trên lưới, các thiết
bị có thể cảnh báo và điều khiển từ xa. Các thiết bị tự động thường dùng là: Máy cắt
Recloser, bộ cảnh báo sự cố, hệ thống chuyển nguồn tự động, hệ thống điều khiển
giám sát và thu nhập dữ liệu từ xa (SCADA). Theo thống kê, đối với đường dây tải
điện trên không sự cố thống qua có thể chiếm tới (70-80%) tổng số lần sự cố trên
đường dây. Nguyên nhân do sét đánh vào đường dây, cây đổ vào đường dây, vật lạ

rơi vào đường dây… Các sự cố này thường được giải trừ sau một hoặc 2 lần phóng
điện. Do đó, nếu sử dụng thiết bị đóng lại thì tỷ lệ thành cơng rất cao, do thời gian tự
đóng lại rất ngắn (2-5s) nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất điện. Trong trường hợp
có hai nguồn cấp trong đó có một nguồn cấp dự phịng thì thiết bị tự động đóng nguồn
dự phòng rất hiệu quả. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống
điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
20


các ngành công nghiệp. Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều
khiển các đối tượng từ xa. Sử dụng hệ thống SCADA trong điều hành lưới phân phối
sẽ nhanh chóng tách đoạn lưới sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không
sự cố. Đối với hệ thống lưới phân phối có nhiều nguồn và kết dây phức tạp như lưới
điện trong các thành phố thì việc sử dụng hệ thống SCADA là rất hiệu quả và hợp lý,
tuy nhiên các hệ thống scada tại lưới điện phân phối mới ở mức sơ khai và ít thiết bị.
Biện pháp thứ tư là tối ưu phương thức vận hành lưới điện, bố trí sơ đồ kết
dây hợp lí. Hiện tại nhiều đường dây 22kV của Điện lực TP Hạ Long được nối mạch
vòng kết nối từ 02 trạm biến áp. Tuy nhiên vẫn còn một số đường dây vẫn là đường
dây độc lập nên độ tin cậy vẫn còn chưa cao. Lưới phân phối hiện nay thường là lưới
hình tia có phân nhánh, có độ tin cậy thấp. Tuy vậy, bởi lí do kinh tế nó vẫn được sử
dụng trong sơ đồ có khả năng chuyển đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất
khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải. Bình thường hai lộ có thể vận hành song song
hoặc vận hành độc lập. Khi sự cố một lộ, lộ còn lại cấp điện cho tồn phụ tải. Vì vậy,
khả năng tải của mỗi lộ phải đảm đương được toàn bộ tải. Đặc điểm sơ đồ này là độ
tin cậy cao nhưng chi phí đầu tư khá lớn, chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng
không cho phép mất điện. Sơ đồ luới kín vận hành hở: loại sơ đồ này gồm nhiều
nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các
máy cắt và cầu dao phân đoạn tạo thành lưới hở. Khi một phân đoạn ngừng điện thì
chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, cịn các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời
trong thời gian thao tác, sau đó lại được cấp điện lại bình thường. Sơ đồ có ưu điểm

là chi phí đầu tư khơng cao, có thể áp dụng cho các hệ thống lưới phân phối. Tuy
nhiên tùy thuộc vào tình hình nguồn điện ở từng khu vực. Sơ đồ lưới có phân đoạn:
Sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì nó có chi phí
thấp, sơ đồ đơn giản có thể áp dụng rộng rãi. Nhược điểm của nó là độ tin cậy chưa
cao. Thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt điện, dao cách ly, dao cách ly phụ tải. Trong
sơ đồ này khi sự cố một phân đoạn thì chỉ những phân đoạn sau nó bị mất điện, các
phân đoạn đứng trước nó (về phía nguồn) chỉ bị mất điện tạm thời trong thời gian
thao tác. Trong kiểu sơ đồ này, số lượng và vị trí đặt của các thiết bị phân đoạn cũng
21


ảnh hưởng đến thời gian mất điện của phụ tải. Vì vậy cần lựa chọn cụ thể đối với
từng lưới điện cụ thể. Kinh nghiệm vận hành cho thấy để giảm thiểu điện năng bị mất
do bảo dưỡng định kỳ và do sự cố cần nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây. Vị
trí đặt các thiết bị phân đoạn chia đều chiều dài đường dây. Tuy nhiên việc lắp đặt
quá nhiều thiết bị phân đoạn sẽ làm tăng vốn đầu tư, tăng phần tử sự cố trên lưới nên
đối với lưới phân phối người ta thường chọn chiều dài các phân đoạn đường dây từ
2- 3 km. Để sử dụng sơ đồ này có hiệu quả có thể kết hợp với các thiết bị tự đóng lại,
điều khiển từ xa… có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối. Việc sử
dụng các thiết bị này có thể loại trừ ảnh hưởng của sự cố thống qua và rút ngắn thời
gian thao tác trên lưới, nhờ thế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tuy nhiên, vốn
đầu tư khá lớn nên việc sử dụng nó cần so sánh tổn thất do mất điện và chi phí đầu
tư.
Biện pháp thứ năm là tổ chức phân đoạn, tìm và xử lý sự cố nhanh. Đây là một
giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Việc tìm và cơ lập sự cố
nhanh sự cố, rút ngắn thời gian mất điện cho phụ tải. Trước đây do yêu cầu cấp điện
chưa cao và cơ sở vật chất tại Điện lực cịn nhiều khó khăn nên khi sự cố xảy ra
thường gây mất điện kéo dài và trên diện rộng. Hiện nay trước yêu cầu cấp thiết của
xã hội, khi sự cố xảy ra phải nhanh chóng cơ lập vùng sự cố và triển khai khắc phục
sự cố nhanh nhất. Tại Điện lực phải lập phương án xử lý sự cố nhanh cho các đường

dây gồm các nội dung: Nhân lực, dụng cụ, vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện
thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự cố giải định sẵn. Tuy nhiên việc thực
hiện vẫn chưa đáp ứng được chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện đã đề ra.
Có thể thấy ngoài các biện pháp đã thực hiện như đầu tư thiết bị, đường dây
dự phòng, nâng cao chất lượng cơng tác vận hành đã thực hiện thì muốn nâng cao độ
tin cậy thì giải pháp phân đoạn, tìm và xử lý sự cố nhanh không những sẽ giúp cải
thiện đáng kể độ tin cậy cũng như mang tính hiệu quả kinh tế cao nhờ giảm đáng kể
thời gian tìm kiếm sự cố cũng như khơng u cầu q nhiều tiền đầu tư so với các
phương án khác.

22