Nghiên cứu nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự động áp dụng với lưới điện phân phối thành phố bắc ninh

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

LÊ NHO HƢNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƢỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI BẰNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẶP
LẠI VÀ DAO CÁCH LY PHÂN ĐOẠN TỰ ĐỘNG.
ÁP DỤNG VỚI LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
THÀNH PHỐ BẮC NINH
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. ĐẶNG QUỐC THỐNG

HÀ NỘI- 2018


MỤC LỤC
TRANG BÌA PHỤ
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
LỜI NÓI ĐẦU
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

Giới thiệu chung .........................................................................................................1
Mục đích nghiên cứu của đề tài.................................................................................1
Đối tƣợng và phạm vi của nghiên cứu của đề tài ....................................................2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..................................................................2
CHƢƠNG 1: LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁCTHIẾT BỊ ĐĨNG CẮT TỰ
ĐỘNG .............................................................................................................................3
1.1. Tìm hiểu về lƣới điện phân phối. .......................................................................3
1.1.1. Định nghĩa ......................................................................................................3
1.1.2. Vai trị lưới điện phân phối ............................................................................3
1.1.3. Các phần tử chính trong lưới điện phân phối .................................................3
1.1.4. Cấu trúc lưới điện phân phối .........................................................................5
1.1.5. Đặc điểm lưới điện phân phối .........................................................................6
1.2. Các thiết bị đóng cắt tự động..............................................................................6
1.2.1. Máy cắt tự động ...............................................................................................6
1.2.2. Thiết bị tự động đóng lặp lại ...........................................................................8
1.2.3. Dao cách ly phân đoạn tự động ......................................................................9
CHƢƠNG 2: CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ........................10
2.1. Các khái niệm và định nghĩa. ...........................................................................10
2.1.1. Khái niệm về độ tin cậy.................................................................................10
2.1.2. Độ tin cậy của hệ thống .................................................................................10
2.1.3. Độ tin cậy của phần tử ...................................................................................11


2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lƣới điện phân phối ..............................19
2.2.1. Tần suất mất điện trung bình của hệ thống - SAIFI ......................................19
2.2.2. Tần suất mất điện trung bình của khách hàng – CAIFI ................................20
2.2.3. Thời gian mất điện trung bình của hệ thống- SAIDI.....................................20
2.2.4. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng - CAIDI .............................20
2.2.5. Tần suất mất điện thống qua trung bình - MAIFI .......................................21
2.2.6. Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình - ASAI ..............................................22

2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối ......23
2.4. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối .......24
2.4.1. Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao...................................................24
2.4.2. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa ...........................24
2.4.3. Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây ..................................................24
2.4.4. Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố .................................................................25
2.4.5. Đối với các TBA phân phối ...........................................................................25
2.5 Tổng quan về tính tốn độ tin cậy cho lƣới phân phối. ..................................26
2.6 Tình hình nghiên cứu độ tin cậy lƣới phân phối tại Việt Nam ......................27
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƢỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI VÀ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ..........................29
3.1 Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia khơng phân đoạn ..............................29
3.2 Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia có phân đoạn .....................................30
3.3 Xây dựng chƣơng trình đánh giá độ tin cậy trên máy tính ............................32
3.3.1 Cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn ......................32
3.3.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy cần tính ......................................................................34
3.3.3 Tính tốn chỉ tiêu độ tin cậy của các đoạn lưới .............................................34
3.4. Giới thiệu chƣơng trình tính tốn độ tin cậy lƣới phân phối ........................41
3.4.1 Giao diện chương trình ..................................................................................41
3.4.2. Nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới ..................................................................42
3.4.3. Nhập thơng số tính tốn ................................................................................42
3.4.4 Nhập thơng số phụ tải ....................................................................................43


CHƢƠNG 4: ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN LƢỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ BẮC NINH .......................................................44
4.1. Hiện trạng lƣới điện tỉnh Bắc Ninh .................................................................44
4.1.1. Tổng quan về lưới điện tỉnh Bắc Ninh ..........................................................44
4.1.2. Lưới điện .......................................................................................................44
4.1.3. Lưới điện trung thế ........................................................................................50

4.1.4. Tụ bù ..............................................................................................................51
4.1.5. Tình hình sự cố ..............................................................................................51
4.2. Lƣới điện phân phối thành phố Bắc Ninh .......................................................52
4.3. Bài toán quy hoạch phát triển điện lộ 471 E7.4 ..............................................52
4.3.1. Phương án 1 ..................................................................................................58
4.3.2. Phương án 2 ..................................................................................................60
4.3.3. Phương án 3 ..................................................................................................62
4.3.4. Phương án 4 ..................................................................................................65
4.4. Tính tốn định lƣợng các chỉ tiêu độ tin cậy ...................................................67
4.2.1. Phương án 1 ..................................................................................................67
4.2.2 Phương án 2 ...................................................................................................67
4.2.3 Phương án 3 ...................................................................................................68
4.2.4 Phương án 4 ..................................................................................................70
4.5 Nhận xét đánh giá kết quả tính tốn.................................................................71
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN ...........................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................74
PHỤ LỤC ....................................................................................................................75


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của bản thân tơi và được
hồn thành dưới dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Đặng Quốc Thống. Các
nghiên cứu và kết quả tính tốn được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa
từng được cơng bố trong bất kể một cơng trình nào trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc
hoàn thành luận văn này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đã
được chỉ dẫn nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.
Hà Nội, ngày 20/09/2018
Tác giả luận văn

Lê Nho Hƣng

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ
Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các bạn bè, đồng nghiệp, cơ quan
công tác đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS. Đặng Quốc
Thống là người đã tận tình hướng dẫn, trực tiếp giúp đỡ tác giả thực hiện và hoàn
thành luận văn này trong thời gian sớm nhất.
Vì kiến thức cịn hạn chế và thời gian khơng được nhiều do vừa phải công tác vừa
phải thực hiện nên bản luận văn này khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp
để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4-1 Các trạm 110kV hiện có của tỉnh Bắc Ninh ..................................................47
Bảng 4-2 Thống kê số lần sự cố (năm 2017).................................................................51
Bảng 4-3 Các đường dây xảy ra nhiều sự cố (năm 2017) .............................................51
Bảng 4-4. Số liệu các nút và nhánh của sơ đồ cấu trúc ngược ......................................55
Bảng 4-5 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 1 .........................................................67
Bảng 4-6 Các số liệu tính tốn của sơ đồ đẳng trị phương án 2 ....................................67
Bảng 4-7 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 3 .........................................................69
Bảng 4-8 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 4 .........................................................70
Bảng 4-9 Tổng hợp kết quả tính tốn độ tin cậy các phương án ...................................71


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Máy cắt trung thế ..............................................................................................7

Hình 1.2 Reclose trung thế ..............................................................................................9
Hình 1.3 Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố ...............................................................9
Hình 2.1 Hàm tin cậy R(t) .............................................................................................12
Hình 2.2 Cường độ hỏng hóc  (t ) ................................................................................14
Hình 2.3 Mơ hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng)......................15
Hình 2.4 Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử ...................................................18
Hình 3.1 Lưới phân phối hình tia ..................................................................................29
Hình 3.2 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược .........................................................33
Hình 3.3 Thuật tốn tính ma trận đường nối .................................................................38
Hình 3.4 Sơ đồ thuật tốn giao diện ..............................................................................39
Hình 3.5 Sơ đồ khối chương trình tính tốn độ tin cậy .................................................40
Hình 3.6 Giao diện của chương trình tính tốn độ tin cậy ............................................41
Hình 3.7 Giao diện nhập dữ liệu mơ tả cấu trúc lưới ....................................................42
Hình 3.8 Giao diện nhập thơng số tính tốn ..................................................................42
Hình 3.9 Giao diện nhập thơng số phụ tải .....................................................................43
Hình 4.1 Sơ đồ một sợi xuất tuyến 22kV lộ 471 E7.4 ..................................................54
Hình 4.2 Sơ đồ đẳng trị phương án 1 ............................................................................58
Hình 4.3. Sơ đồ đánh số cấu trúc ngược xuất tuyến 22kV lộ 471 E7.4 ........................59
Hình 4.4 Sơ đồ đẳng trị phương án 2 ............................................................................60
Hình 4.5 Sơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 2 ...................................................61
Hình 4.6 Sơ đồ đẳng trị phương án 3 ............................................................................62
Hình 4.7 Sơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 3 ...................................................64
Hình 4.8 Sơ đồ đẳng trị phương án 4 ............................................................................65
Hình 4.9 Sơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 4 ...................................................66
Hình 4.10 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án 2 ....................................................68
Hình 4.11 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án 3 ..................................................69
Hình 4.12 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án 4 ...................................................71


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CCĐ

Cung cấp điện

CT

Công tác

DCL

Dao cách ly

ĐTC

Độ tin cậy

ĐTCCCĐ

Độ tin cậy cung cấp điện

HTĐ

Hệ thống điện

ĐK

Định kỳ

LĐPP

Lưới điện phân phối

NĐ

Ngừng điện

NĐCT

Ngừng điện công tác

NĐSC

Ngừng điện sự cố

MC

Máy cắt

TBA

Trạm biến áp

MBA

Máy biến áp

SC

Sự cố

TA/HA

Trung áp/Hạ áp

TBPĐ

Thiết bị phân đoạn

TĐL

Tự đóng lại

TTSC

Thao tác sự cố

TTCT

Thao tác công tác


LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống điện bao gồm sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ
tiêu thụ. Để đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng theo qui định và độ tin cậy
cung cấp điện thì việc nâng cao chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện. Mọi nghiên cứu, tính
tốn, áp dụng các máy móc, thiết bị cơng nghệ cao cho hệ thống điện đều cho mục
đích nêu trên. Khi quy hoạch, thiết kế, đầu tư xây dựng hệ thống điện đều tính đến
việc vận hành đạt hiệu quả tối ưu nhất.
Trên cơ sở đó để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, nâng cao độ tin

cậy cung cấp điện thì việc đầu tư, lắp đặt các thiết bị tự động trên lưới điện phân phối
góp phần nâng cao chất lượng điện năng là việc làm hết sức quan trọng.
Từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao độ tin cậy
lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự
động. Áp dụng với lưới điện phân phối Thành phố Bắc Ninh”.
Nội dung của đề tài là tìm hiểu về lưới điện phân phối, độ tin cậy cung cấp
điện, các yếu tố, phương pháp đánh giá độ tin cậy. Tìm hiểu về các chỉ tiêu đánh giá
độ tin cậy của lưới phân phối, các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện phân phối và ứng
dụng các thiết bị này để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện thành phố
Bắc Ninh.


MỞ ĐẦU
Giới thiệu chung
Các hệ thống điện phân phối của Việt Nam đang phải đối mặt với các thách
thức như sau: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của nhu cầu phụ tải do sự phát triển
nhanh về kinh tế. Trong khi đó, chúng ta lại đang phải đối phó với sự cạn kiệt về tài
nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ… (kể cả tiềm năng về nguồn thủy điện). Các
áp lực về việc gìn giữ mơi trường cũng làm cho việc xây dựng thêm các nhà máy điện
gặp nhiều khó khăn dẫn đến là chúng ta đang thiếu nguồn điện. Thứ hai là các lưới
điện phân phối phức tạp, nhiều nút, nhánh, có nhiều cấp điện áp khác nhau, một số
thiết bị đã xuống cấp. Bên cạnh đó, lưới điện gặp nhiều các sự cố, với các nguyên
nhân từ tự nhiên, sự hư hỏng, già hoá thiết thiết bị, và cả các sai sót của con người
trong vận hành. Và một thách thức nữa đó là sự xuất hiện các nguồn điện phân tán ở
phía tải. Chính vì vậy mà hệ thống điện phân phối ngày càng trở nên phức tạp trong
quản lý, vận hành, đặc biệt là có thể dẫn đến các sự cố mất điện trong thời gian dài,
gây ra những tổn thất về kinh tế.
Với sự phát triển của công nghệ, hiện nay người ta đã và đang áp dụng các thiết
bị tự động trong hệ thống điện (HTĐ) phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện,
thường biết đến là Hệ thống tự động lưới phân phối (DAS: Distribution Automation

System). Bước đầu tiên của việc tự động lưới phân phối chính là sự lắp đặt các thiết bị
đóng cắt tự động như là: Recloser, dao cách ly phân đoạn tự động. Vì vậy trong luận
văn này, tác giả sẽ dành để phân tích các ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, nâng cao
độ tin cậy trong lưới phân phối với sự có mặt của recloser và dao cách ly phân đoạn tự
động. Phân tích kinh tế, sự hiệu quả khi đầu tư sử dụng các thiết bị tự động đóng cắt
trên lưới điện phân phối.
Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài "Nghiên cứu nâng cao độ tin cậy lưới
điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và dao cách ly phân đoạn tự động.
Áp dụng với lưới điện phân phối thành phố Bắc Ninh".
Mục đích nghiên cứu của đề tài
Phân tích các ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, nâng cao độ tin cậy trong lưới
phân phối với sự có mặt của recloser và dao cách ly phân đoạn tự động. Từ đó phân

1


tích kinh tế, sự hiệu quả khi đầu tư sử dụng các thiết bị tự động đóng lặp lại và dao
cách ly phân đoạn tự động đường dây cho lưới điện phân phối trong việc nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện.
Đối tƣợng và phạm vi của nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu và tìm hiểu phương pháp
tính các tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện. Áp dụng các kết quả đó vào đối tượng
nghiên cứu đã lựa chọn là lưới điện phân phối thành phố Bắc Ninh trong quy hoạch
và thiết kế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ngày nay đã có rất nhiều nghiên cứu về độ tin cậy lưới điện phân phối và ứng
dụng các thiết bị mới nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Song trong đề tài này,
tác giả muốn hệ thống lý thuyết độ tin cậy cung cấp điện, nghiên cứu, xây dựng
phương pháp tính tốn và khai thác phần mềm Matlab để tính tốn độ tin cậy cung
cấp điện của lưới điện phân phối. Áp dụng các kết quả nghiên cứu trong đề tài này để

đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối nói chung và lộ 471 E7.4
thành phố Bắc Ninh nói riêng.
Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục, trong luận văn có các
chương như sau:
Chương 1: Lưới điện phân phối và các thiết bị đóng cắt tự động.
Chương 2: Các chỉ số tin cậy lưới điện phân phối.
Chương 3: Phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối và xây
dựng chương trình tính tốn.
Chương 4: Áp dụng cho bài tốn quy hoạch và phát triển lưới điện phân phối
thành phố Bắc Ninh.
Chương 5: Kết luận.

2


CHƢƠNG 1: LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC THIẾT BỊ
ĐÓNG CẮT TỰ ĐỘNG
1.1. Tìm hiểu về lƣới điện phân phối.
1.1.1. Định nghĩa
Lưới điện phân phối là một phần của HTĐ 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 [2]. Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện
năng trực tiếp đến hộ tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp và
lưới điện hạ áp. Tính đến nay lưới điện phân phối đã trải khắp các xã trên đất nước,
tuy nhiên còn một vài thôn, bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn
phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel do ở những nơi có vị
trí địa lý hết sức đặc biệt.
- Lưới điện phân phối gồm hai phần:
+Lưới điện phân phối trung áp: Chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV; 10kV; 22kV;

35kV phân phối điện 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.
1.1.2. Vai trò lưới điện phân phối
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.
Lưới điện phân phối được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ
một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ.
Đảm bảo cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, lưới phải đảm bảo
cho nhu cầu phát triển của phụ tải.
Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp
trong giới hạn cho phép.
1.1.3. Các phần tử chính trong lưới điện phân phối
Các phần tử chủ yếu trong lưới điện phân phối:
- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện.

3


- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp
tơ mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu
phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài
bậc cao.
- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng,
đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường...
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- 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, các khớp nối dễ tháo trên đường dây,

kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch, ...
- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết
bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện, ...
Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp
định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định
mức, khả năng đóng cắt ...) được chọn trên cơ sở tính tốn kỹ thuật.
Những phần tử có dịng cơng suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng
cắt, máy biến dịng, tụ bù ...) thì thơng số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thơng số
chế độ (điện áp, dịng điện, cơng suất) nên được dùng để tính tốn chế độ làm việc của
lưới điện phân phối.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và khơng làm việc. Một số
ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng
thái ứng với một khả năng làm việc khác nhau.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như:
Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể thay đổi khi cắt
điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đường dây nhờ các máy
cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải.
Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần tử của
hệ thống điện.
Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành,
một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ bù

4


có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để tránh quá điện áp, một số phần tử lưới không làm việc
để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất.
1.1.4. Cấu trúc lưới điện phân phối
Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ. Muốn lưới
điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa

về số phần tử, thừa về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài
ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa.
Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hoặc một
vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện
Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các sơ
đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn
điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế
(tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì
cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành
sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có
chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường. Trong chế độ vận
hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an
toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi.
Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ đồ
vận hành. Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới
phân phối phải ngừng điện. Đó là lưới phân phối hình tia khơng phân đoạn và hình tia
phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
Cấu trúc động khơng hồn tồn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể
thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện để thao tác.
Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở.
Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay
đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện. Cấu trúc
động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra
cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện phân phối, trong đó cấu trúc động
khơng hồn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới
điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép

5

vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được
thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ.
1.1.5. Đặc điểm lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành khơng đối xứng
và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu các điện lực cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới
phân phối vào khoảng 4%.
Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật
của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn
thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối.
Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển mạnh,
các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý. Chất lượng vận hành của
lưới phân phối được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm song vẫn còn rất
khiêm tốn.
1.2. Các thiết bị đóng cắt tự động
1.2.1. Máy cắt tự động
dịng ngắn mạch. Thiết bị này chỉ tự động cắt khi có sự cố trên đường dây, thao tác
đóng lại sẽ được thao tác bằng tay.

dịng

u
c

-

chất rắn.
- Máy cắt khơng khí: Dùng khí nén để dập tắt hồ quang.

6

-

-

- Máy cắt SF6: Dùng khí SF6 để dập hồ quang.
Nguyên lý cắt của máy cắt đó là việc dập tắt hồ quang. Trong
cơ bản dập hồ quang và tiếp theo đó là phục hồi độ bền về điện giữa các khoảng trống
tiếp điểm. Quá trình xảy ra rất phức tạp, phụ thuộc

động của thiết bị và vào các đặc điểm kết quả t

của nó.
- Phạm vi ứng dụng của máy cắt: Máy cắt thường được dùng trong các nhà
máy, xí nghiệp, trạm biến áp trung gian nơi có người trực vận hành.
- Các máy cắt điện thường dùng:

Hình 1.1 Máy cắt trung thế

7


1.2.2. Thiết bị tự động đóng lặp lại
Phần lớn sự cố trong hệ thống phân phối điện là sự cố thống qua. Vì vậy, để
tăng cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải, thay vì sử dụng máy cắt thơng
thường người ta sử dụng máy cắt có cài đặt chức năng tự động đóng lặp lại (recloser).
Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ điều khiển cho phép người
ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước. Đồng thời đo và lưu
trữ một số đại lượng cần thiết như: U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch. Khi xuất
hiện ngắn mạch, recloser mở ra (cắt mạch) sau một thời gian t1 nó sẽ tự đóng mạch.

Nếu sự cố cịn tồn tại nó sẽ cắt mạch, sau thời gian t2, recloser sẽ tự đóng lại mạch. Và
nếu sự cố vẫn cịn tồn tại nó sẽ lại cắt mạch và sau thời gian t3 nó sẽ tự đóng lại mạch
một lần nữa, nếu sự cố vẫn cịn tồn tại thì lần này recloser sẽ cắt mạch ln. Số lần và
thời gian recloser đóng cắt do người vận hành cài đặt.
Nguyên lý làm việc: Khi đường dây đang tải bình thường, trong khoảng cho
phép của dịng điện làm việc đối với các thiết bị, recloser khơng có bất kỳ một tác
động nào, các tiếp điểm của recloser liền mạch (CLOSE). Đột nhiên có dịng sự cố
xuất hiện trên đường dây đi qua reclose, các tiếp điểm của recloser sẽ hở mạch
(recloser sẽ TRIP). Nếu là sự cố thống qua, giả sử như có sự va chạm dây pha với
đất (do cây va vào, rắn bò,…) khi bị cắt điện hồ quang tại nơi sự cố coi như bị dập tắt,
sau thời gian cắt điện đường dây trở lại bình thường, đường dây sẽ được cung cấp điện
trở lại nếu dịng điện trên đường dây khơng bị vượt quá mức cho phép, hộ tiêu thụ điện
sẽ được cung cấp điện liên tục trở lại. Nếu sự cố vẫn tiếp tục duy trì, recloser sẽ cắt
(TRIP) tiếp tục, sau số lần đóng lại (theo lập trình) mà vẫn khơng phục hồi được sự cố
recloser sẽ cắt vĩnh viễn (look out) chờ người sửa chữa đến kiểm tra phục hồi sự cố.
Phạm vi ứng dụng:
- Recloser thường được trang bị cho những đường trục chính cơng suất lớn và
đường dây dài hoặc đắt tiền, phụ tải quan trọng.
- Ngoài ra thiết bị trên còn cho phép các nhà kỹ thuật theo dõi một cách tin cậy
nhất các tình trạng tác động của thiết bị, tình trạng hoạt động của phụ tải trong một
khoảng thời gian lớn, nhờ vào bộ phận lưu trữ dữ liệu sự cố, tin cậy đảm bảo thông tin
không bị mất đi khi xảy ra bất cứ trường hợp nào.

8


Mơ hình thiết bị:

Hình 1.2 Reclose trung thế
1.2.3. Dao cách ly phân đoạn tự động

Áp dụng cho lưới hình tia một nguồn cung cấp có phân nhánh.
Ở đầu đường dây ta sử dụng máy cắt có trang bị rơle tự đóng lại hoặc sử dụng
recloser. Tại đầu mỗi phân nhánh, ta đặt một dao cách ly tự động (DCLTĐ). Khi xảy
ra sự cố trên một nhánh rẽ nào đó, máy cắt đầu đường dây sẽ cắt. Trong khoảng thời
gian không điện dao cách ly tự động ở đầu nhánh rẽ bị sự cố được tự động cắt ra, tách
phần tử sự cố ra khỏi lưới điện.
Sau khi dao cách ly tự động đã tách nhánh sự cố, rơle tự đóng lại đặt ở đầu đường
dây đóng trở lại máy cắt nguồn, khôi phục cấp điện cho các nhánh không bị sự cố.
Các dao ngắn mạch (DNM) được dùng để gây ngắn mạch nhân tạo phía trước
máy biến áp với mục đích tăng độ nhậy cho bảo vệ đầu đường dây.

Hình 1.3 Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố
Thời gian mất điện của phụ tải được giảm xuống nhiều lần so với phương pháp
thủ công.

9


CHƢƠNG 2: CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Các khái niệm và định nghĩa.
2.1.1. Khái niệm về độ tin cậy
Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu
trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định [2].
Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong
một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định.
Mức đo độ tin cậy ln gắn với việc hồn thành nhiệm vụ trong khoảng thời
gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử.
Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, 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.

Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của
nó, khái niệm khoảng thời gian khơng có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên
tục. Do đó độ tin cậy được đo bởi 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 và tổng thời gian
hoạt động.
Ngược lại với độ sẵn sàng là độ khơng sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống
hoặc phần tử ở trạng thái hỏng.
2.1.2. Độ tin cậy của hệ thống
Như đã giới thiệu ở phần trên, hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm
nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp. Hệ thống điện
thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ. Khi các phần tử
của hệ thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho từng vùng hoặc tồn hệ
thống. Có thể chia thành 4 nhóm nguyên nhân gây mất điện như sau:
- Do thời tiết: Giơng sét, lũ lụt, mưa, bão, lốc xốy, động đất, ...
- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện.

10


- Do hoạt động của hệ thống:
+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải, ...
+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện.
- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào đất,
hoả hoạn, phá hoại, ....
Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy
hiểm và lan rộng do lụt, bão,… Khi đó các đơn vị điện lực khơng đủ người, phương
tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và

phức tạp.
2.1.3. Độ tin cậy của phần tử
Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa 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. Ở đây sẽ xét cụ
thể độ tin cậy của phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi.
2.1.3.1. Phần tử không phục hồi
Phần tử phục hồi chỉ làm việc đến phần 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 lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không biết trước.
Ta có hàm phân bố là FT(t)
FT (t )  P(T  t ) 



(2.1)

P(T  t ) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 đến thời điểm t bất kỳ; t là

biến số. Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trước hoặc đúng thời điểm t.
Hàm mật độ là fT (t ) 
1
P(t  T  t  t )
t 0 t

fT (t )  lim

(2.2)

fT (t ).t là xác suất để thời gian phục hồi T nằm trong khoảng (t , t  t )  với t 

đủ nhỏ.
Theo lý thuyết xác suất ta có:
FT (t )   fT(t ) .dt
1

0

11

(2.3)


dFT(t )
fT (t ) 
dt

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 thì hàm tin cậy R(t) có dạng:
R(t )  P(T  t ) 

(2.4)

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.
So sánh (2.1) và (2.4) ta có:
R(t )  1  FT (t )

(2.5)

Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 đến 0 (Hình 2.1).

Hình 2.1 Hàm tin cậy R(t)
- Cường độ hỏng hóc:
Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với t đủ nhỏ thì chính là xác suất
để phần tử đã phục vụ đến thời điểm  (t ).t sẽ hỏng trong khoảng t tiếp theo [2].
 (t ) 

fT (t )
f (t )
 T
R (t ) 1  FT (t )

(2.6)

Công thức (2.6) cho quan hệ giữa các đại lượng: Hàm phân bố, hàm mật độ, độ
tin cậy và cường độ hỏng hóc.

12


Nếu lấy logarit của R(t) rồi đạo hàm theo t, sẽ được [2].
1

 ( t ) dt
R(t )  e 0


(2.7)

Công thức (2.7) 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 được xác định nhờ thống
kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử.
Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:
 (t )   = hằng số

Do đó:
R(t )  e t 

FT (t )  1  et 

fT (t )  .et

(2.8)

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ.
Thời gian làm việc trung bình [2]:




0

0

TLV   t. fT (t ).dt   t.



dR(t )
dt   R(t ).dt
0
dt

Với  (t )  hằng số R(t )  e t do đó:
TLv 

1

(2.9)



Cơng thức (2.9) 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 mô tả nhờ hoặc là  (t ) hoặc là R(t).
Trong thực tế, các phần tử không phục hồi,  (t ) có dạng hình chậu (Hình 2.2a), có thể
chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:
- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng do các khuyết
tật khi lắp ráp,  (t ) giảm dần (thời kỳ chạy roda).
- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử:  (t ) là hằng số.
- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi,  (t ) tăng dần.

13


Hình 2.2 Cƣờng độ hỏng hóc  (t )
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  (t ) ln là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp

bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình
tb (Hình 2.2b).

Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như  (t ) là
hằng số và bằng tb để tính tốn độ tin cậy.
2.1.3.2. Phần tử phục hồi
a. Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi   0 
Trong thực tế, đây là các phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần tử mới
(ví dụ như MBA). Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt. Đại lượng đặc
trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:
Thơng số của dịng hỏng hóc  (t ) [2]:
1
P
t 0 t

 (t )  lim

)

(2.10)

So với định nghĩa  (t )  ở đây khơng địi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc tốt
từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này ln đúng vì
phần tử ln làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời.
Tương tự như  (t ) đại lượng  (t ).t là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong khoảng
(t , t  t ) 

Với luật phân bố mũ, thơng số dịng hỏng hóc  (t ) là hằng số và bằng cường độ
hỏng hóc của phần tử:  (t )   [2].

14


Vì lý do này mà cường độ hỏng hóc và thơng số của dịng hỏng hóc thường hiểu
là một, trừ các trường hợp riêng khi thời gian làm việc không tuân theo luật mũ thì
phải phân biệt.
b. Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi  
Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc và
trạng thái hỏng (Hình 2.3).
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

 , phần tử trở lại trạng thái làm việc.

Hình 2.3 Mơ hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng)
Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như 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 cơ 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 lượng độ tin cậy
của phần tử phục hồi cần có hai đại lượng. Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả
hành vi của phần tử phục hồi gồm:
- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần tử có
thể ở một trong hai trạng thái: Làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng thái làm
việc PLV(t).
- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là Ph(t).
- Thơng số dịng hỏng hóc:
1
P
t 0 t

 (t )  lim

15