Luận văn thạc sĩ lựa chọn thông số cấu trúc hệ thống cung cấp điện đô thị có xét đến chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện

....

Trờng đại học nông nghiệp hà nội
Viện đào tạo sau đại học
-------------o0o-------------

Bùi thị thiệp

Lựa chọn thông số cấu trúc hệ thống
cung cấp điện đô thị có xét đến chỉ tiêu
độ tin cậy cung cấp điện

Chuyên ngành

: Điện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn

MÃ số ngành

: 60.52.54

Giáo viên hớng dẫn : pgs.ts. đặng quốc thống

Hà Nội - 2010

Trng ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................1


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan rằng đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các
số liệu, kết quả trình bày trong bản luận văn này là trung thực và chưa được
cơng bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào trước đó.

Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong bản luận văn của
tơi đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Bùi Thị Thiệp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................i


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin trân trọng cảm ơn trường đại học Nơng nghiệp Hà Nội, khoa
sau đại học, khoa Cơ-ðiện trường đại học Nơng nghiệp Hà Nội.
Tơi xin được tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS ðặng Quốc Thống,
giảng viên trường ñại học Bách khoa Hà Nội, thày là người đã trực tiếp hướng
dẫn, chỉ bảo tơi hồn thành bản luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp của mình tại Cơng ty TNHH
MTV ðiện lực Hải Dương đã giúp đỡ tơi trong q trình thu thập tài liệu hồn
thành luận văn này.
Trong q trình thực hiện đề tài chắc chắn khơng tránh khỏi những
thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến của các thày, cô giáo và các bạn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả

Bùi Thị Thiệp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan………………………………………………………………..i

Lời cảm ơn…………………………………………………………………...ii
Mục lục ……………………………………………………………………..iii
Danh mục bảng………………………………………………………………v
Danh mục hình…………………………………………………………….vi
Danh mục viết tắt………………………………………………………..viii
PHẦN MỞ ðẦU............................................................................................1
I: Tính cấp thiết của ñề tài nghiên cứu.........................................................1
II: ðối tượng, mục tiêu và ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn. ...........2
III: Các nội dung nghiên cứu trong luận văn. ..............................................2
Phần I: Tổng quan về HTCCð ðô thị.............................................................3
I.1 Tổng quan về lưới ñiện ñô thị ................................................................3
I.2 Xu hướng phát triển HTCCððT............................................................5
I.3 Khái niệm chung về ñộ tin cậy cung cấp ñiện. .......................................9
I.3.1 khái niệm về ñộ tin cậy cung cấp ñiện. ............................................9
I.3.2 Những chỉ tiêu đặc trưng cho q trình hỏng hóc của HTð. ............9
I.3.3 Những chỉ tiêu ñặc trưng cho quá trình sửa chữa. .......................... 13
I.3.4 Những chỉ tiêu tổng hợp ñể ñánh giá ñộ tin cậy của HTCCð......... 14
I.4 Các phương pháp tính tốn và quy hoạch lưới điện đơ thị.................... 14
I.5 Các giả thiết và quy ước chung của bái tốn lựa chọn thơng số cấu trúc
HTCCððT . ............................................................................................. 18
Phần II: Lựa chọn thơng số cấu trúc lưới điện hạ áp. .................................... 22
II.1 ðặt vấn ñề: ......................................................................................... 22
II.2 Các giả thiết tính tốn. ........................................................................ 23
II.3 Sơ đồ khối trình tự tính tốn ............................................................... 28
II.4 Lựa chọn thơng số cấu trúc lưới hạ áp. ............................................... 29
II.4.1 Lựa chọn chiều dài ðDRN ........................................................... 29
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................iii


II.4.1.2 Lựa chọn thơng số ðDRN theo giản đồ khoảng chia kinh tế sử

dụng hàm chi phí vịng đời khi xét ñến chỉ tiêu ñộ tin cậy cung cấp ñiện.
.............................................................................................................. 32
II.4.1 Lựa chọn chiều dài ðDTC ............................................................... 34
II.4.1.1 Lựa chọn chiều dài ðDTC theo tiêu chuẩn kỹ thuật. ................. 34
II.4.1.2 Lựa chọn thơng số ðDTC theo giản đồ khoảng chia kinh tế sử
dụng hàm chi phí vịng đời khi khơng thực hiện giải pháp nâng cao ñộ tin
cậy cung cấp ñiện................................................................................... 38
II.4.1.2 Lựa chọn thông số ðDTC theo giản ñồ khoảng chia kinh tế sử
dụng hàm chi phí vịng đời khi thực hiện giải pháp nâng cao ñộ tin cậy
cung cấp ñiện......................................................................................... 40
III. Lựa chọn TBAPP. ............................................................................... 41
III.1 Lựa chọn số lượng TBAPP khi không thực hiện giải pháp nâng cao
ñộ tin cậy cung cấp ñiện......................................................................... 41
III.2 Lựa chọn số lượng TBAPP khi thực hiện giải pháp nâng cao ñộ tin
cậy cung cấp điện...................................................................................... 42
III.3 Lựa chọn cơng suất TBAPP khi khơng thực hiện giải pháp nâng cao
độ tin cậy cung cấp điện............................................................................ 43
III.4 Lựa chọn cơng suất TBAPP khi thực hiện giải pháp nâng cao ñộ tin
cậy cung cấp ñiện...................................................................................... 45
IV. Xu hướng phát triển lưới ñiện hạ áp. ................................................... 48
IV.1 Mở rộng và phát triển TBAPP ....................................................... 49
IV.2 Mở rộng và phát triển lưới cáp hạ áp................................................. 50
Phần III: Lựa chọn thơng số cấu trúc lưới điện trung áp đơ thị khi xét đến chỉ
tiêu độ tin cậy cung cấp ñiện. ....................................................................... 53
III.1 ðặt vấn ñề. ........................................................................................ 53
III.2 Các giả thiết tính tốn........................................................................ 55
III.3. Lựa chọn thơng số cấu trúc LTA ...................................................... 56
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................iv

III.3.1. Chiều dài toàn bộ ðDTA ........................................................... 58
III.3.2 Số lượng TBATG và chiều dài 1 lộ ðDTA. ................................ 58
III.3.3 Chọn tiết diện ðDTC. ................................................................. 59
III.3.4 Giản ñồ khoảng chia kinh tế chọn công suất TBATG.................. 65
III.3.5. Xu hướng phát triển lưới trung áp. ............................................. 67
KẾT LUẬN.................................................................................................. 70

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các cấp ñiện áp của HTð ñô thị một số thành phố trên thế giới .....8
Bảng 2.1 Giá mất ñiện cho quy hoạch, thiết kế hệ thống điện của Canada
[USD/kwh]...................................................................................... 26
Bảng 2.2 Các thơng số của ðDRN ............................................................... 30
Bảng 2.3 Kiểm tra điều kiện phát nóng dài hạn của ðDRN. ......................... 31
Bảng 2.4 Tiết diện hợp lý của ðDRN( theo bảng PL1.2).............................. 33
Bảng 2.5 Các thông số của ðDTC................................................................ 34
Bảng 2.6 Tiết diện hợp lý của ðDTC( theo bảng 1.10-pl1).......................... 39
Bảng 2.9: Thông số các máy biến áp của phương án TBAPP ....................... 46
Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật ðDTA ........................................................ 59
Bảng 3.2 Chọn tiết diện ðDTA theo điều kiện phát nóng dài hạn................. 60
Bảng 3.3 Chọn tiết diện cáp trung áp theo ñiều kiện phát nóng sự cố ........... 62
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả lựa chọn tiết diện ðDTA................................... 63
Bảng 3.5: Thông số một máy biến áp thuộc TBATG.................................... 65
Bảng 3.6 Công suất TBATG hợp lý khi m=10.............................................. 67

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Hình dáng chung của HTCCððT
Hình1.2 Sơ đồ HTð đơ thị ở giai đoạn phát triển
Hình 1.4 ðồ thị biến thiên theo thời gian của các hàm p(t) và q(t)
Hình 1.5 ðồ thị hàm λ(t) theo thời gian t
Hình 1.6: Sơ đồ khối ngun lý tự ñộng thiết kế
Hình 2.1: Sơ ñồ cấu trúc TBAPP
Hình 2.2: Sơ đồ khối các bước tính tốn chọn thơng số cấu trúc LHA
Hình 3.1 sơ đồ cấu trúc TBATG
Hình 3.2 : Sơ đồ khối các bước tính tốn chọn thơng số cấu trúc LTA

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................vii


DANH MỤC VIẾT TẮT
ðDRN

: ðường dây rẽ nhánh

ðDTC

: ðường dây trục chính

ðDTA

: ðường dây trung áp

LHA

: Lưới hạ áp

LTA

: Lưới trung áp

LPP

: Lưới phân phối

MBA

: Máy biến áp

TBA

: Trạm biến áp

TBAPP

: Trạm biến áp phân phối

MBATG

: Máy biến áp trung gian

TBATG

: Trạm biến áp trung gian

HTð

: Hệ thống ñiện

HTCCð

: Hệ thống cung cấp ñiện

HTCCððT : Hệ thống cung cấp ñiện ñô thị
ðTCCCð : ðộ tin cậy cung cấp ñiện

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................viii


PHẦN MỞ ðẦU
I: Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.
ðô thị là nơi tập trung dân cư với mật độ lớn, từ giữa thế kỷ XX do q
trình cơng nghiệp hố, tăng năng suất lao động nên tốc độ đơ thị hố trên thế
giới tăng nhanh về số lượng, kích thước và dân số:
Ví dụ: + Dân số của thủ đơ Tokyo năm 2004 chiếm khoảng gần 30% dân
số Nhật Bản.
+ Trên thế giới có hơn 300 thành phố trên 1 triệu dân.
+ Hiện nay dân số thế giới khoảng trên 7 tỷ người thì hơn một nửa
số đó sống tại các đơ thị.
+ Ở nước ta nhịp độ tăng dân số đơ thị cũng khá rõ rệt, năm 2000 ở
Hà Nội dân số khoảng 2,6 triệu dân và theo thống kê hiện nay tăng lên
khoảng 6,5 triệu dân.
Phụ tải điện của đơ thị bao gồm cơng nghiệp, giao thơng, sinh hoạt dân
dụng và các cơng trình xã hội, thủ công nghiệp, nông nghiệp ngoại thành với
tỷ lệ tuỳ theo mức phát triển của đơ thị. Theo thống kê của tổ chức RCAICE,
ENERTEAM tại một số thành phố như Hà Nội, ðà Nẵng, Hồ Chí Minh đưa

ra như sau: Năng lượng điện tiêu thụ khu vực nhà ở, cơng trình cơng cộng
chiếm 23-24%, khu cơng nghiệp chiếm 54% và giao thông vận tải chiếm 2223% trên tổng số năng lượng tiêu dùng.
Như vậy đơ thị là một phụ tải lớn, đa dạng và rất quan trọng có liên quan
mật thiết đến các lĩnh vực khác như văn hố, chính trị, xã hội….Do đó
HTCCððT cần phải đáp ứng được chất lượng điện năng phục vụ cũng như
tính liên tục cung cấp ñiện.
ðất nước ta ñang trong giai ñoạn ñổi mới, q trình cơng nghiệp hố và
hiện đại hố diễn ra một cách nhanh chóng. Cùng với q trình đó là sự hình
thành nhiều đơ thị mới và nâng cấp, cải tạo các đơ thị đã có. Việc quy hoạch,
thiết kế ñược một hệ thống cơ sở hạ tầng trong ñó có Hệ thống cung cấp điện
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................1


vừa đảm bảo u cầu kỹ thuật, mỹ quan đơ thị mà vẫn kinh tế trong một thời
gian ñủ dài đang là vấn đề được quan tâm. Chính vì vậy ñề tài “ Lựa chọn
thông số cấu trúc Hệ thống cung cấp điện đơ thị có xét đến chỉ tiêu ñộ tin
cậy cung cấp ñiện” ñưa ra giải pháp ñáp ứng ñược yêu cầu thực tế trên.
II: ðối tượng, mục tiêu và ý nghĩa khoa học thực tiễn của luận văn.
Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của chỉ tiêu ñộ tin cậy cung cấp điện đến
việc lựa chọn thơng số cấu trúc của HTCCððT.
Mục tiêu của luận văn là xây dựng được phương pháp lựa chọn thơng số
cấu trúc của HTCCððT khi có xét đến chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp ñiện.
Trong luận văn này sử dụng nguyên lý tự động thiết kế, hàm chi phí vịng
đời và phương pháp khoảng chia kinh tế ñể xây dựng nên phương pháp lựa
chọn thông số cấu trúc cho HTCCððT .
Kết quả nghiên cứu, tính tốn trong luận văn giúp những người làm cơng
tác quan lý thấy được Hệ thống điện đang vận hành cịn kinh tế khơng, khi
nào thì cần phải ñầu tư cải tạo mới; giúp những nguời làm công tác quy
hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp ñiện cho đơ thị dễ dàng lập được một dự án
có chất lượng tốt, ngồi ra luận văn cịn là một tài liệu tham khảo có giá trị

cho các bạn đồng nghiệp.
III: Các nội dung nghiên cứu trong luận văn.
1: Tổng quan chung về lưới điện đơ thị, xu hướng phát triển hệ thống cung
cấp điện đơ thị, các phương pháp quy hoạch lưới điện đơ thị và khái niệm
chung về độ tin cậy cung cấp điện.
2: Lựa chọn thơng số cấu trúc lưới điện hạ áp đơ thị khi xét đến ñộ tin cậy
cung cấp ñiện.
3: Lựa chọn thông số cấu trúc lưới điện trung áp đơ thị và số phân ñoạn tối ưu
khi xét ñến chỉ tiêu ñộ tin cậy cung cấp điện.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................2


Phần I: TỔNG QUAN VỀ HTCCð ðÔ THỊ
I.1 Tổng quan về lưới điện đơ thị
Lưới cung cấp điện đơ thị thường là các cấp 35-110 kV nối với hệ
thống 220-500 kV của lưới ñiện quốc gia. Các phụ tải chủ yếu nối ở lưới phân
phối 6-10 KV và hạ áp 0,4 kV, có thể có một số xí nghiệp lớn nối trực tiếp
với lưới 35-110 kV.
Tuỳ theo loại đơ thị, lưới cung cấp điện có hình dáng khác nhau, nhưng
có ñặc ñiểm chung là bao gồm hai bộ phận: Các trạm biến áp (TBA) và mạng
lưới với các cấp ñiện áp khác nhau. Như vậy hệ thống cung cấp ñiện đơ thị có
thể phân thành hai phần:
Phần I: Bao gồm lưới cung cấp 35-110 kV và trạm giảm áp từ cấp
35;110 kV.
Phần II ñến phần V gồm cả lưới phân phối với các cấp ñiện áp từ 0,4
ñến 10 kV.
Các phần cụ thể được thể hiện trong hình 1.1
Phần lưới 35;110 kV hoặc cao hơn gọi là hệ thống cung cấp. Thanh
góp 6-10 kV của TBA là tâm cung cấp ñiện của lưới ñô thị.

Phần thứ nhất nhằm phân phối ñiện năng giữa các vùng của ñô thị. Ở
những ñô thị lớn có thể dung lưới 35-110 kV trực tiếp cho những hộ có cơng
suất lớn. Vấn đề thiết kế, xây dựng hệ thống cung cấp có những đặc điểm và
ñược xem như một bộ phận riêng của lưới ñiện.
Phần thứ hai có nhiệm vụ phân phối điện năng trực tiếp giữa các phụ
tải, bắt ñầu từ thanh cái 6-10 kV của nguồn cung cấp và kết thúc ñiểm ñưa tới
hộ tiêu thụ.
Lưới điện đơ thị cịn có đặc điểm là thường được thiết kế theo dạng
vịng kín với những trạm biến áp có cơng suất từ 250 kVA đến 400 kVA,
cung cấp cho các xí nghiệp cơng nghiệp, trạm ñiện kéo (giao thông), khu dân
cư và vùng nông nghiệp ngoại thành.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................3


Một ñặc trưng quan trọng của hệ thống cung cấp ñiện ñô thị là sử dụng
mức ñiện áp cao (trên 1kV) và xuất hiện nhiều lần biến áp. Ví dụ trên hình
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................4


1.1 có hai lần biến áp35-110 kV/6-10 kV và 6-10 KV/0,4 kV và ñược coi là
hệ thống hai cấp ñiện áp. Việc lựa chọn mức ñiện áp, số lần biến áp và dung
lượng TBA ñược giải quyết trên cơ sở tính tốn kinh tế- kỹ thuật, xuất phát từ
cách tiếp cận hệ thống, coi hệ thống cung cấp điện đơ thị như một tổng thể,
khi đó việc chia thành hai bộ phận: Lưới cung cấp và lưới phân phối như trên
chỉ là quy ước. Tuy nhiên cách tiếp cận hệ thống vẫn cho phép giải tích phân
rã các phần và có xét đến những mối liên hệ giữa chúng.
I.2 Xu hướng phát triển HTCCððT.
Việc lựa chọn cấu trúc tối ưu của HTCCððT phụ thuộc rất nhiều vào lịch
sử phát triển của đơ thị và HTCCð của nó cũng như vào ñiều kiện cụ thể của
ñô thị hiện tại. Tuy nhiên dựa vào những yêu cầu, những tính chất chung của

các HTð đơ thị cũng như xu hướng phát triển chung của các đơ thị hiện nay
người ta đã tiến hành nghiên cứu xây dựng một HTð lý tưởng cho đơ thị nói
chung. Sơ đồ ngun lý của hệ thống này có thể làm cơ sở cho việc xây dựng
HTð của những đơ thị mới và phát triển HTð hiện có của các đơ thị hiện nay.
Trong HTð lý tưởng chỉ ñề nghị sử dụng hai cấp ñiện áp là 110 và 22 kV.
Vùng trung tâm đơ thị nơi có mật ñộ phụ tải cao nhất ñược cung cấp ñiện
bằng một trạm biến áp 110 kV công suất lớn. Vùng giữa và ngoại ơ được
cung cấp điện từ các trạm vịng trên đường vịng 110 kV bao quanh đơ thị.
Trạm 110 kV ở trung tâm đơ thị được nối với các trạm vịng bằng đường cáp
110 kV dọc theo đường kính ñô thị. Tất cả các nhà máy ñiện nằm trong hoặc
ngồi phạm vi đơ thị đều phát lên lưới vịng 110 kV. Số lượng trạm vịng
chọn theo cơng suất tối ưu của phụ tải trong vùng và ñiều kiện cụ thể của đơ
thị. ðể nâng cao độ tin cậy và tính linh hoạt của HTð các nguồn và trạm hạ
áp trên đường vịng 110 kV được đặt xen kẽ với nhau. Khả năng tải của
ñường 110 kV ñược chọn sao cho ñảm bảo ñược cung cấp ñiện trong các
trường hợp sự cố từng phần của hệ thống.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................5


Hệ thống kiểu này ñảm bảo cung cấp ñiện tối ưu cho đơ thị trong thời gian
dài với điều kiện phụ tải tăng trưởng không ngừng. Lý do chủ yếu là nó cho
phép đưa dần điện áp cao vào hệ thống và mở rộng tồn bộ HTCCð nói
chung mà khơng phải sửa chữa, biến ñổi nhiều cấu trúc của HTð đã có của đơ
thị. Ví dụ khi phụ tải điện của đơ thị tăng lên, ở những năm đầu tiên chỉ cần
tăng cường đường vịng 110 KV bằng nhưng đường dây và trạm mới cùng
kiểu. Mặt khác ñể ñáp ứng nhu cầu cung cấp điện ở vùng trung tâm đơ thị, chỉ
cần xây dựng thêm các ñường cáp 110 KV xun đơ thị mới và những trạm
đưa sâu 110/22 kV mới. Khi phụ tải đơ thị tăng cao hơn nữa, chỉ cần xây
dựng them các trạm biến áp siêu cao ở ngoại vi đơ thị để nhận cơng suất từ hệ

thống vào. Hệ thống lưới 110 kV có thể tách ra thành các phần riêng biệt làm
việc song song qua lưới 380 kV của hệ thống. Ở giai ñoạn phụ tải ñã tăng rất
cao, số trạm 380 kV xung quanh đơ thị sẽ khá nhiều, có thể xây dựng hệ
thống lưới 380 kV bao quanh đơ thị. Khi ấy lưới 110 kKV cũ biến thành lưới
phân phối. ðường vòng 110 kV bị tách dần và cuối cùng các ñoạn ñường dây
110 kV ñược nối với các trạm 380 kV và biến thành các ñường ñưa sâu. Sơ
ñồ nguyên lý HTð ở giai đoạn phát triển có thể được trình bày như hình 1.2.

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................6


Có thể thấy rằng q trình phát triển HTð ở ñây tương ñối tuần tự và
dễ dàng, cấu trúc HTð những năm trước tạo ñiều kiện thuận lợi cho việc phát
triển HTð ở những năm tiếp sau nó. Tuy nhiên thực hiện q trình phát triển
này cần đặc biệt lưu ý đến điều kiện cụ thể của đơ thị cũng như các tiến bộ
khoa học trong cơng nghiệp nói chung.
ðối với các HTð ñang hoặc sẽ xây dựng, vấn ñề xây dựng hệ thống cung
cấp ñiện theo sơ ñồ phát triển HTð lý tưởng có thể thực hiện tương đối dễ
dàng. Tuy nhiên hiện nay đa số các đơ thị lớn lại có lịch sử phát triển rất lâu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................7


ñời ( thườn trước cả khi ngành ñiện lực ra đời ) và HTCCð của các đơ thị đó
chịu ảnh hưởng rất lớn của việc này. Mặt khác, ở mỗi nước khác nhau thì
phương pháp tính tốn kinh tế- kỹ thuật cũng khác nhau nên HTð của mỗi
nước cũng khác nhau. Tuy nhiên có thể thấy rằng HTð của các đơ thị đều có
xu hướng cải tạo, phát triển theo hướng HTð lý tưởng và cho ñến nay cấu
trúc của chúng đã tương đối giống loại HTð này.
Phân tích q trình phát triển của các HTð đơ thị trên thế giới nói chung
cho thấy tình trạng hiện nay và xu hướng phát triển của HTð lý tưởng ngồi

các điểm đã nêu cịn có các nét chung sau:
1. ðại đa số các HTð hiện nay ñều tồn tại 4 cấp ñiện áp là: Siêu cao áp, cao
áp, trung áp và hạ áp.
Bảng 1.1: Các cấp điện áp của HTð đơ thị một số thành phố trên thế giới
ðiện áp

Siêu cao Cao áp

Trung áp

Hạ áp

áp ( kV)

( kV)

( kV)

( kV)

Paris

730;380

225

50;20

0,38

London

400;275

132

33;11

0,45

Leningrad

330;220

110

35;10;6

0,38

Tây Beclin

330;220

110

30;6

0,38

Hambuac

330;220

110

25;6

0,38

TP. Hồ Chí Minh

230

110

66;22;15

0,38

Hà Nội

220

110

35;22;10;6 0,38

Tên thành phố

2. Trong q trình phát triển của những năm quá khứ gần người ta ñều cố
gắng giảm một số cấp ñiện áp trong HTð bằng cách loại trừ một số cấp ñiện
áp ñược coi là không kinh tế. Hiện nay xu hướng chung là loại bỏ cấp ñiện áp
trung và chuyển lên cấp ñiện áp cao hơn.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................8


3. Trong hầu hết các HTð đơ thị, lưới đưa sâu ngày càng phát triển mạnh.
4. Một trong những xu hướng rất rõ rệt ngày nay là đơn giản hố cấu trúc của
lưới phân phối đơ thị 6-10 kV và xây dựng lưới dưới 1kV kín.
* Áp dụng nghiên cứu HTCCð cho thành phố Hải Dương ( Hình 1.3)
Qua sơ ñồ HTCC ñiện cho thành phố Hải Dương ta thấy rằng hình
dáng cấu trúc HT đúng như xu hướng phát triển chung của HTCCððT
Trung tâm thành phố là trạm 110kV ðồng Niên, xung quang thành phố là các
trạm Nhị Chiểu, Tiền Trung, Nghĩa An, Phúc Diền, Ngọc Sơn, Lai Khê…Các
tạm này ñược cấp ñiện bởi ñường 220kV Hải Dương- Phố Cao và Tràng
Bạch- Phúc Sơn. Nguồn phát ñiện ngoại thành là nhà máy nhiệt ñiện Phả Lại.
Tuy hệ thống ñiện này cũng chỉ là cấu trúc sơ khai của cấu trúc tối ưu nhưng
việc phát triển ñến cấu trúc tối ưu là khơng khó khăn.
I.3 Khái niệm chung về độ tin cậy cung cấp ñiện.
Việc ngừng cung cấp ñiện sẽ ngày càng gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế
quốc dân bởi quá trình sản xuất, tiêu dùng ngày càng gắn bó chặt chẽ với điện
năng. Mà đơ thị lại là một phụ tải lớn và quan trọng không những về kinh tế
mà cịn về chính trị nên khi thiết kế, quy hoạch lưới điện đơ thị thì yếu tố chất
lượng ñiện năng và chỉ tiêu ñộ tin cậy cung cấp ñiện là rất quan trọng.
I.3.1 khái niệm về ñộ tin cậy cung cấp ñiện.
ðộ tin cậy của HTð ñược hiểu là khả năng của hệ thống ñảm bảo về cung
cấp ñầy ñủ và liên tục ñiện năng cho các hộ tiêu thụ ñiện với chất lượng (ñiện
áp, tần số) hợp chuẩn.

I.3.2 Những chỉ tiêu đặc trưng cho q trình hỏng hóc của HTð.
1. Xác suất làm việc tin cậy.
Là xác suất khơng xảy ra hỏng hóc trong giới hạn thời gian làm việc đã
cho. Xác suất này có thể tính được trong khoảng thời gian T bất kỳ theo công
thức sau:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................9


p(0,t) = p(t) = p(T≥t)

(1.1)

Trong đó: T- ðại lượng ngẫu nhiên ñặc trưng cho khoảng thời gian từ khi
bắt ñầu làm việc đến lần hỏng hóc đầu tiên ( gọi là thời gian làm việc tin cậy).
p(t)=1 khi t=0
p(t)= 0 khi t= ∞
Ta thấy p(t) là hàm đơn điệu giảm
• Trong thực nghiệm xác suất làm việc tin cậy ñược xác định theo cơng
thức

p*(t) =

n(t )
N

(1.2)

Trong đó: n(t)- Số đối tượng làm việc tin cậy cho ñến thời ñiểm t.
N - Số ñối tượng cùng loại ñược ñem ra thử nghiệm.

2. Xác suất hỏng hóc.
Là xác suất của sự kiện ñối lập (Tq(t) = 1- p(t) = p(T
(1.3)

q(t)=0 khi t=0
q(t)=1 khi t= ∞
Ta thấy q(t) là hàm đơn điệu tăng
• Trong thực nghiệm xác suất hỏng hóc được xác định theo cơng thức:

q*(t) = 1-p*(t) =1-

n(t )
N

(1.4)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................10


p(t),q(t)

1
p(t)

0,5

q(t)
0

t

Hình 1.4 ðồ thị biến thiên theo thời gian của các hàm p(t) và q(t)
3. Mật ñộ xác suất làm việc tin cậy.
Mật ñộ xác suất làm việc tin cậy là đạo hàm của xác suất hỏng hóc q(t)
dq(t )
dp(t )
= f (t ) = −
dt
dt

(1.5)

Trong đó: f(t)- mật độ xác suất ( luật phân bố vi phân) của ñại lượng ngẫu
nhiên T.
4. Cường độ hỏng hóc.
Là mật độ xác suất có điều kiện của việc phát sinh hỏng hóc của các phần
tử khơng phục hồi xác định đối với thời điểm đã cho với điều kiện trước đó
hỏng hóc chưa xảy ra. Cường độ hỏng hóc được xác định theo cơng thức sau:

λ (t ) =

f (t )
p(t )

(1.6)
• Cường độ hỏng hóc được

xác định trong thực nghiệm theo công thúc:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................11


λ * (t ) =

∆n(t )
(1.7)
n(t ).∆t

Trong đó: ∆n(t)- Số ñối tượng làm việc tốt cho ñến thời ñiểm ∆t ñang khảo sát.
?(t)

0

t

t2

t

Hình 1.5 ðồ thị hàm λ(t) theo thời gian t
5. Thời gian làm việc tin cậy trung bình.
Là kỳ vọng tốn học của đại lượng ngẫu nhiên T và được xác định theo cơng
thức sau:
∞

mt = M [T ] = ∫ t. f (t ).dt

(1.8)

0

Trong đóf(t)- mật độ xác suất ( luật phân bố vi phân) của ñại lượng ngẫu
nhiên T.
Ta có f(t)= -p’(t) nên có thể viết:
∞

mt = − ∫ t. p(t ).dt

(1.9)

0

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................12


Tích phân từng phần (1.9) ta được:
∞

mt = ∫ p(t ).dt

(1.10)

0

Như vậy thời gian làm việc tin cậy trung bình có thể biểu diễn bằng diện tích
giới hạn giữa đường cong p(t) với các trục toạ độ.
• ðáp ứng của m(t):
N

*

mt ≈ m (t ) =

∑t

i

i =1

N

(1.11)

Trong đó : ti- Thời gian làm việc tin cậy của ñối tượng thứ i.
N- Số ñối tượng ñược ñưa ra thử nghiệm.
- Khi p(t) có dạng hàm số mũ thì ta có:
∞

mt = ∫ e− λt .dt =
0

1

λ

(1.12)

6. ðộ tán xạ của thời gian làm việc trung bình.

Cho ta thấy mức độ khơng ổn ñịnh của thời gian làm việc tin cậy và ñây
cũng là một dữ liệu tin cậy quan trọng.
I.3.3 Những chỉ tiêu đặc trưng cho q trình sửa chữa.
Tính sửa chữa ñược của phần tử thể hiện bởi khả năng ngăn ngừa, phát
hiện và loại trừ sự cố nhờ việc tu sửa ñịnh kỳ hoặc sửa chữa phục hồi khi xảy
ra sự cố. Các chỉ tiêu ñặc trưng khi nghiên cứu q trình sửa chữa thường
được quan tâm là: Thời gian trung bình sửa chữa sự cố; Xác suất hồn thành
sửa chữa trong khoảng thời gian cho trước;…
+ Xác suất hoàn thành sửa chữa trong khoảng thời gian cho trước: Là xác
suất khắc phục hỏng hóc trong khoảng thời gian cho trước trong những điều
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................13


kiện sửa chữa nhất định. ðó chính là xác suất ñể cho thời gian sửa chữa nhỏ
hơn thời gian t cho trước: Ps(t)= P(Ts- ðối lập với xác suất hoàn thành sửa chữa là xác suất khơng hồn thành sửa
chữa: qs(t)= 1-p(Ts<t)=P(Ts >t).
- Thời gian phục hồi trung bình: Là kỳ vọng tốn học của đại lượng ngẫu
nhiên Ts. Nếu q trình sửa chữa có luật phân phối mũ thì thời gian phục hồi
trung bình được tính: mts=1/λs.
I.3.4 Những chỉ tiêu tổng hợp ñể ñánh giá ñộ tin cậy của HTCCð.
- Xác suất thiếu ñiện cho phụ tải( xác suất công suất phụ tải lớn hơn khả năng
cung cấp);
- Xác suất thiếu ñiện trong thời gian phụ tải cực ñại;
- ðiện năng thiếu cho phụ tải( Kỳ vọng ñiện năng khơng cung cấp đủ cho phụ
tải do hỏng hóc hệ hống trong 1 năm);
- Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện;
- Thời gian mất điện trung bình cho một phụ tải trong năm;
- Số lần mất ñiện trung bình cho phụ tải trong năm.
I.4 Các phương pháp tính tốn và quy hoạch lưới điện đơ thị.

Phụ tải phát triển liên tục nên khả năng tải của các phần tử trong lưới ñiện
như: ðường dây, TBA… sau một thời gian sẽ khơng đáp ứng được u cầu
của phụ tải. Lúc đó phải tiến hành cải tạo lưới điện ñể nâng cao khả năng tải
của lưới ñiện và hiệu quả kinh tế.
Có thể có nhiều biện pháp để tăng khả năng tải của lưới ñiện như: Tăng
tiết diện dây dẫn của dường dây cũ; xây dựng thêm ñường dây mới; tăng công
suất TBA cũ; Cấy thêm các trạm biến áp mới…Có thể có những phụ tải mới
xuất hiện ở nơi chưa có đường dây tới và cũng có nhiều biện pháp cấp ñiện
cho các phụ tải này. Như vậy sẽ có một loạt các biện pháp tăng khả năng tải
của lưới ñiện liên tục trong thời gian tạo thành một phương án phát triển lưới
điện.
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................14


ðể có thể phát triển lưới điện một cáchtối ưu cần phải lập và so sánh về
kinh tế của nhiều phương án phát triển lưới ñiện ñã ñạt ñược yêu cầu về mặt
kỹ thuật.
Các phương án phát triển lưới ñiện ñược lập và so sánh trong các quy
hoạch phát triển lưới điện. Thơng thường có 3 loại quy hoạch.
1- Quy hoạch dài hạn (dự kiến phát triển lưới ñiện trong khoảng thời gian
20 ñến 30 năm sau).
2- Quy hoạch trung hạn (Chính xác hố quy hoạch dài hạn trong khoảng
10 ñến 20 năm sau).
3- Quy hoạch ngắn hạn (Lập ra kế hoạch chính xác xây dựng các cơng
trình điện trong khoảng thời gian dưới 10 năm sau).
Trong quy hoạch dài hạn và trung hạn phải làm các bước sau:
- Thu thập tình hình về hiện trạng lưới điện.
- Dự báo sự phát triển của phụ tải (Ở các năm gần thì việc dự báo tương
đối chính xác về cơng suất, ñiện năng, ñồ thị và vị trí phụ tải; Các năm xa hơn
thì việc dự báo sẽ kém chính xác hơn).

- Dự báo sự phát triển của tiến bộ khoa học – cơng nghệ trong lĩnh vực
thiết bị lưới điện, ñiều khiển, tin học và khả năng áp dụng những tiến bộ đó.
- Dự báo sự biến đổi của giá cả thiết bị ñiện và các chỉ tiêu kinh tế khác.
- Căn cứ vào quy hoạch HTð xác ñịnh sự phát triển của lưới truyền tải và
các trạm trung gian trong quy hoạch dài hạn.
Trong quy hoạch trung hạn lập kế hoạch phát triển lưới trung áp và hạ áp
cần tiến hành các bước sau:
- Xuất phát từ hiện trạng của lưới ñiện và ñộ tăng trưởng của phụ tải
kiểm tra khả năng tải của lưới ñiện từng năm trong tương lai.
- Kiểm tra theo 2 ñiều kiện kỹ thuật chính: ðiều kiện phát nóng cho phép
và điều kiện tổn thất ñiện áp cho phép. Nếu trong năm t nào ñó ở một chỗ nào
ñó của lưới ñiện có ñiều kiện kỹ thuật bị vi phạm thì dừng lại xem xét lựa
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................15


chọn các biện pháp giải quyết. Ví dụ như: Thay MBA, dây dẫn; làm ñường
dây mới; cấy thêm trạm biến áp…Sau đó tiếp tục làm như vậy cho các năm
tiếp theo cho đến hết thời gian quy hoạch. Lúc đó sẽ có một số phương án
phát triển lưới điện thoả mãn ñiều kiện kỹ thuật. Các biện pháp tăng cường
lưới ñiện phải làm sao cho lưới ñiện phát triển theo một hình mẫu xác định
cho trước ( trong quy hoạch dài hạn ) là tối ưu.
- Lập kế hoạch phát triển hệ thống ño lường, ñiều khiển, quản lý…
- So sánh các phương án phát triển lưới ñiện về mặt kinh tế ñể lựa chọn
ra phương án tối ưu phát triển lưới điện.
Việc lựa chọn cấu trúc cùng các thơng số của hệ thống cung cấp điện nói
chung và HTCCð đơ thị nói riêng có nhiều phương pháp trong đó có nhiều
phương pháp căn cứ vào nhu cầu sử dụng ñiện năng, chế ñộ làm việc của phụ
tải ñể ñưa ra phương án cung cấp ñiện, lựa chọn các thiết bị…Trên cơ sở phân
tích kinh tế kỹ thuật lựa chọn phương án thiết kế hợp lý. Do xuất phát từ
những ñiều kiện cụ thể như: ñịa hình, kinh tế- xã hội, nguồn cung cấp ñiện,

phụ tải ñiện…nên kết quả nhận ñược thường hợp lý và tin cậy. Tuy nhiên các
phương pháp thiết kế này cũng bộc lộ một số nhược điểm: khối lượng tính
tốn lớn, có thể đạt tối ưu cục bộ ở hiện tại nhưng rất dê trở nên kém hiệu quả
tong tương lai, số chủng loại thít bị trong tồn hệ thống rất lớn gây khó khăn
cho cơng tác lắp ñặt, sửa chữa và vận hành…
Việc lựa chọn các thông số cấu trúc của hệ thống cung cấp điện đơ thị địi
hỏi phải tn theo một chỉ tiêu thống nhất với tính tối ưu tổng thể. Do vậy cần
có quy hoạch tổng thể và mọi thiết kế tổng thể phải tuân theo quy hoạch tổng
thể. Cũng vì vậy lựa chọn thông số cấu trúc hợp lý cho HTCCððT là một bài
toán hợp nhất giữa thiết kế và quy hoạch với rất nhiều tham số liên quan biến
thiên liên tục như: ðiện áp, dịng điện và gián đoạn như: Chiều dài, tiết diện
đường dây, số lượng và cơng suất của TBA, giá ñiện …Trong trường hợp
tổng quát giải bài tốn này gặp rất nhiều khó khăn và trong một số trường hợp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật .................16