Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư - độ tin cậy, đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới trung áp

Bộ công THNG
Tập đoàn điện lực việt nam
Viện năng lợng



Báo cáo tổng kết

đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ

Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin
cậy. đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện lới điện trung áp


Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Đức Hạnh






7179
17/3/2009

Hà Nội, 11 2008

1

1
Mục lục

Nội dung
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Mở đầu:
Chơng I: Tổng quan về lới điện phân phối trung áp
1.1 Giới thiệu tổng quan về lới điện phân phối trung áp
1.2 Các thiết bị đóng cắt trong LĐPPTA
1.3 Phân tích một số cấu hình thờng gặp của LĐPPTA
1.4 Kết luận chơng I
Chơng II: Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lới điện phân
phối trung áp
2.1 Đặt vấn đề
2.2 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng trong lới điện trung áp
2.3 Đánh giá độ tin cậy và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của
một số cấu hình lới trung áp thờng gặp
2.4 Kết luận chơng II
Chơng III: Mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy lới điện, mô
hình tính toán
3.1 Đặt vấn đề
3.2 Mô tả bài toán
3.3 Phơng pháp giải quy hoạch phi tuyến xấp xỉ
3.4 Phơng pháp giải bài toán
3.5 Giới thiệu chơng trình tính toán
3.6 Kết luận chơng III
Chơng IV: Tính toán, so sánh các phơng án nâng cao độ tin cậy
dựa trên mối quan hệ giữa ĐTC-Vốn đầu t cho một số lới điện cụ thể
4.1 Đặt vấn đề
4.2

Các giả thiết tính toán
4.3 Tính toán cho các lới điện cụ thể
4.4 Kết luận chơng IV
Chơng V: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện lới điện trung áp
Trang
1
2
3
-
5
7
14
18


19
19
27

35


36
38
41
45
50
53

54
54
56
60



2
5.1 Các giải pháp nâng cao ĐTC chung cho hệ thống cung cấp điện
5.2 Các giải pháp nâng cao ĐTC cho lới điện phân phối
5.3 Đề xuất một số sơ đồ cung cấp điện điển hình cho các hộ phụ tải
5.4 Kết luận chơng V
Kết luận kiến nghị rút ra từ đề tài
Tài liệu tham khảo
Phụ lục: Bản in chơng trình tính toán

61
64
70
75
76
78
81
Danh mục các chữ viết tắt

HTCCĐ
LĐPPTA
ĐTC
MBA

TBA
Tu
Ti
TA
TBĐC
DCL
CDPT
TĐL
TĐD
MC
DAS
SCADA
Hệ thống điện cung cấp điện
Lới điện phân phối trung áp
Độ tin cậy
Máy biến áp
Trạm biến áp
Biến điện áp
Biến dòng điện
Trung áp
Thiết bị đóng cắt
Dao cách ly
Cầu dao phụ tải
Tự động đóng lại
Tự động đóng nguồn dự phòng
Máy cắt
Hệ thống phân phối điện tự động
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

3

Mở đầu
Các thập kỷ trớc, đánh giá về độ tin cậy lới trung áp ít đợc chú ý bằng đánh
giá độ tin cậy nguồn điện, lới truyền tải. Lý do cơ bản là xây dựng các nhà máy điện
đòi hỏi vốn đầu t rất lớn và thiếu nguồn cũng nh sự cố trên hệ thống truyền tải gây
ảnh hởng rất rộng đối với xã nền kinh tế - xã hội.
Tuy nhiên việc phân tích các thống kê sự cố khách hàng cho thấy độ tin cậy của
lới trung áp ảnh hởng nhiều nhất tới việc mất điện của khách hàng. Ví dụ [13]: theo
thống kê của công ty Điện lực ở Anh về thời gian mất điện trung bình hàng năm của
lới phân trung áp tỷ lệ 60,7% tổng cộng thời gian mất điện. Mặt khác trong thời gian
qua thiệt hại về kinh tế - xã hội là rất lớn do độ tin cậy lới trung áp không đảm bảo ví
dụ: Tại Mỹ, trong một năm thiệt hại do mất điện gây ra ớc tính 50 tỷ USD. Công ty
Điện lực PG & E phải bồi thờng cho công ty chế biến các sản phẩm nấm CMI với số
tiền 5,5 triệu USD do độ tin cậy và chất lợng điện năng không đảm bảo theo hợp
đồng (số liệu năm 1995).
Đối với các nớc đã hình thành thị trờng điện, khi việc mua bán điện đợc thực
hiện theo đúng hợp đồng giữa bên mua và bên bán thì yêu cầu về độ tin cậy, chất
lợng điện năng là một yêu cầu chính đáng và đợc những ngời làm công tác kinh
doanh điện năng hết sức quan tâm.
Cùng với việc gia tăng nhu cầu sử dụng điện, việc sử dụng các thiết bị điện có
yêu cầu chất lợng điện năng cao ngày càng gia tăng. Việc nghiên cứu các yếu tố tác
động và các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là vấn đề hết sức cần thiết.
Đề tài này bao gồm 5 chơng.
Chơng 1: Tổng quan về lới điện phân phối trung áp, trong đó tập trung đi sâu
vào các vấn đề: Giới thiệu tổng quan về lới điện phân phối trung áp trong lĩnh vực
thiết kế, vận hành, giới thiệu các loại thiết bị đóng cắt, phân tích một số cấu hình
thờng gặp của lới phân phối trung áp.
Chơng 2: Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình l
ới điện phân phối bao gồm
các vấn đề nh: Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng, đánh giá độ tin cậy và tính
toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số cấu hình lới phân phối trung áp.

4
Chơng 3: Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy, mô hình tính toán
bao gồm các vấn đề nh: Đa ra phơng pháp luận nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn
đầu t-độ tin cậy, đề xuất mô hình tính toán và viết phần mềm chơng trình tính toán
để xác định vị trí, số lợng, loại thiết bị đóng cắt trên lới điện để nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện.
Chơng 4: Dựa trên phơng pháp đề xuất ở trên, tính toán, so sánh các phơng án
nâng cao độ tin cậy cho một số lới điện cụ thể để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Chơng 5: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị.
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở xây dựng chơng trình tính toán xác
định vị trí, số lợng, loại thiết bị đóng cắt lắp đặt trên lới phục vụ cho công tác quy
hoạch, thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện và đề xuất các giải pháp để nâng cao
độ tin cậy cho hệ thống cung cấp điện.

5
Chơng I: tổng quan về lới điện phân phối trung áp
1.1 Giới thiệu tổng quan lới điện phân phối trung áp
1.1.1. Đặc điểm của lới điện phân phối trung áp
Lới điện phân phối là lới điện trực tiếp chuyển tải điện năng từ thanh góp hạ
áp trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ.
Các dạng lới điện trung áp thờng gặp là lới hình tia không phân đoạn, hình tia
phân đoạn, mạch vòng phân đoạn...
Thông thờng lới phân phối có số lợng các phần tử cao hơn nhiều so với các
thành phần khác trong hệ thống điện nên xác suất sự cố cũng cao hơn nhiều, vì vậy để
đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng hầu hết các tuyến đờng dây đều có mạch
vòng liên kết với các đờng dây, các nguồn kế cận. Việc khôi phục cung cấp điện cho
các hộ phụ tải sẽ giảm đợc rất nhiều thời gian bằng các thao tác đóng cắt tự động các
thiết bị phân đoạn nằm trong mạch vòng. Thời gian phục hồi cung cấp điện cho các hộ

tiêu thụ điện phụ thuộc vào khả năng tải của đờng dây và nguồn dự phòng, vào khả
năng tự động của các thiết bị phân đoạn.
Lới phân phối trung áp có đặc điểm là mỗi một đờng dây phân phối thờng có
nhiều loại phụ tải khác nhau (phụ tải sinh hoạt, chiếu sáng công cộng, thơng mại
dịch vụ, nhà máy, phân xởng sản xuất...) các loại phụ tải này phân bố một cách ngẫu
nhiên không đồng đều trên các lộ đờng dây và chúng có thời điểm sử dụng công suất
lớn nhất khác nhau thay đổi trong ngày, trong tuần và trong mùa. Vì thế trên các
đờng dây đồ thị phụ tải luôn thay đổi, không bằng phẳng có thể gây ra hiện tợng
quá tải tạm thời và tăng suất tổn thất của các lộ đờng dây trong lới điện phân phối
trung áp. Sự ảnh hởng này nặng nề nhất là với các cấu trúc lới điện phân phối hình
tia có một nguồn cung cấp, các lới phân phối hình tia thờng xuyên bị quá tải vào
các thời gian phụ tải cực đại trong ngày và trong mùa, tổn thất công suất trên các đoạn
đầu nguồn là rất lớn, hay xảy ra sự cố. Ngoài ra sơ đồ lới cung cấp điện hình tia còn
có nhợc điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp khi xảy ra sự cố trên một phần tử thì
toàn bộ đờng dây (nếu không đợc phân đoạn) sẽ mất điện, hoặc ít nhất thì các phần
tử từ phân đoạn bị sự cố trở đi (theo hớng đi của dòng công suất) sẽ bị mất điện. Để

6
khắc phục nhợc điểm này ngời ta dùng sơ đồ lới phân phối kín vận hành hở có
nhiều thiết bị phân đoạn và nhiều nguồn cung cấp.
1.1.2. Các lý do vận hành hở lới điện phân phối
Vận hành hở sẽ giảm chi phí đầu t cho các thiết bị do yêu cầu về khả năng chịu
đựng dòng ngắn mạch trong mạch vòng lớn hơn so với các mạch hình tia. Lới phân
phối là lới trực tiếp truyền tải điện năng đến cho hộ tiêu thụ nên số lợng rất lớn, nếu
vận hành kín thì hệ thống rơ le bảo vệ sẽ phức tạp hơn, thông thờng phải dùng rơ le
bảo vệ có hớng, vận hành và chỉnh định khó khăn do số lợng lớn. Khi vận hành cấu
trúc lới hở hệ thống bảo vệ chỉ cần dùng rơ le quá dòng và bảo vệ chạm đất.
Việc vận hành lới điện phân phối hở bằng cách chọn điểm hợp lý để mở mạch
vòng cũng rất đơn giản, các điều độ viên sẽ tính toán lựa chọn ra điểm mở mạch vòng
có lợi nhất và sẽ ra lệnh đóng mở các thiết bị phân đoạn hiện có trên lới để thay đổi

cấu hình lới, thay đổi dòng công suất đi trên các đờng dây, chống quá tải cục bộ do
phân bố dòng công suất không hợp lý, giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp .v.v...
Tuy nhiên trong một số trờng hợp điểm mở mạch vòng hợp lý tìm đợc nhờ tính toán
lại rất xa so với điểm đặt thiết bị phân đoạn trong thực tế nên việc mở mạch vòng sẽ
không đạt hiệu quả cao. Do đó xuất phát từ vấn đề thực tế của việc lựa chọn điểm mở
mạch vòng, bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong lới điện trung áp đợc
chia thành hai loại: bài toán thiết kế và bài toán vận hành.
1.1.3. Bài toán mở mạch vòng dới góc độ thiết kế
Bài toán thiết kế sẽ cho ra các kết quả tính toán xác định vị trí đặt thiết bị phân
đoạn với tần suất sử dụng lớn nhất. Xuất phát từ thực tế vận hành thờng xảy ra tình
huống điểm mở mạch vòng tính toán thay đổi liên tục và xa các điểm có thiết bị phân
đoạn, vì vậy trong quá trình thiết kế lới phân phối trung áp mới, các số liệu về nhu
cầu sử dụng công suất cực đại của phụ tải điển hình trong ngày, trong tuần, trong mùa
thờng rất đợc quan tâm để dự báo xác suất trạng thái thờng gặp nhất của phụ tải, từ
đó tính toán tìm ra các điểm đặt các thiết bị phân đoạn thờng mở để mạch vòng đợc
vận hành dới dạng các mạch hình tia. Các thiết bị phân đoạn có thể là các dao cách ly
thờng, dao cách ly tự động, cầu dao phụ tải, máy cắt, thiết bị tự đóng lại v.v.. tuỳ theo
lợi ích kinh tế mang lại, theo yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các phụ tải, thiết bị

7
phân đoạn sẽ đợc lựa chọn phù hợp để lắp đặt sao cho lợi ích kinh tế thu đợc là lớn
nhất.
1.1.4. Bài toán mở mạch vòng dới góc độ vận hành
Trong vận hành lới điện phân phối, mỗi khu vực khác nhau có phụ tải khác
nhau, tính chất và nhu cầu sử dụng công suất của phụ tải cũng khác nhau. Nhu cầu
điện năng của các phụ tải cũng thay đổi theo giờ trong ngày và tuỳ theo đặc điểm của
mỗi loại phụ tải, giờ sử dụng công suất lớn nhất của từng loại phụ tải trong ngày, trong
tuần và trong mùa sẽ khác nhau. Dới góc độ vận hành, bài toán có điều kiện ban đầu
là: số điểm đặt thiết bị phân đoạn, số thiết bị phân đoạn và loại thiết bị phân đoạn đã
cho trớc, vì thế bài toán vận hành là bài toán mà từ các số liệu hiện thời hoặc từ các

số liệu thu thập đợc để dự báo nhu cầu công suất tiêu thụ của các phụ tải trong thời
gian gần để tính toán lựa chọn ra các khoá điện có sẵn trên lới sẽ đợc mở ra tạo
thành mạch vòng hở theo các hàm mục tiêu đề ra.
1.2. Các thiết bị phân đoạn trong lới điện phân phối trung áp
Để phân đoạn lới phân phối nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian gián đoạn cung
cấp điện ngoài các thiết bị cổ điển nh DCL, cầu dao phụ tải, ngời ta còn sử dụng
một số thiết bị tự động để làm thiết bị phân đoạn nh máy cắt, dao cách ly tự động, tự
động đóng lại, tự động đóng nguồn dự phòng v.v..
Việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét từ nhiều khía cạnh
của hệ thống cung cấp điện, phải phối hợp thoả hiệp nhiều mặt nh chọn sơ đồ nối
dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác thiết bị tự động
v.v.. với chi phí đầu t tơng ứng.
1.2.1. Dao cách ly thờng (DCL)
DCL thờng có u điểm là giá thành rẻ, phù hợp cho lới điện trên không, tuy
nhiên nhợc điểm là không đóng cắt có tải và không điều khiển từ xa đợc nên khi
thao tác phải cắt điện đầu nguồn và thao tác dao cách ly tại chỗ. Vì thế thời gian thao
tác lâu, đặc biệt khi xảy ra sự cố trên đờng dây, nếu không phát hiện đợc bằng mắt
phải đóng/cắt thử từng dao cách ly để phân đoạn cách ly điểm sự cố sẽ mất rất nhiều

8
thời gian, phải đóng cắt máy cắt nhiều lần, giảm tuổi thọ của máy căt và giảm độ ổn
định cung cấp điện.
DCL thờng đợc sử dụng những khu vực mật độ phụ tải không cao, lới điện
chủ yếu là đờng dây trên không, đặc biệt là các vùng ngoại thành, nông thôn.
1.2.2. Dao cách ly tự động (DCLTĐ)
DCLTĐ khác với DCL thờng ở chỗ có thể điều khiển từ xa, khi xảy ra sự cố
bằng thao tác đóng cắt từ xa có thể xác định và cách ly phân đoạn sự cố, u điểm này
của DCLTĐ làm giảm thời gian tìm kiếm xác định sự cố và thời gian gián đoạn cung
cấp điện.
Tuy nhiên, do không đóng cắt có tải đợc nên khi chuyển tải, tái cấu hình lới để

cải thiện các thông số vận hành phải cắt nguồn cung cấp, gây ra tình trạng mất điện
không cần thiết, làm giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện. Trong lới điện
phân phối trung áp của Việt Nam DCLTĐ cha đợc sử dụng rộng rãi.

Hình 1.1: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố.

9
1.2.3. Cầu dao phụ tải (CDPT)
Cầu dao phụ tải (CDPT) là thiết bị đóng cắt có tải đợc sử dụng tơng đối phổ
biến hiện nay ở các khu vực các đô thị có lới điện phân phối trung áp ngầm. CDPT có
thể đóng cắt có tải nên khi thao tác không cần phải cắt điện, tránh hiện tợng mất điện
không cần thiết của các phụ tải khi phải đổi nguồn, san tải hoặc cắt điện một phần lới
điện để thao tác.
Điểm hạn chế của CDPT là không kết hợp đợc với các điều khiển từ xa, các
thiết bị bảo vệ nên thời gian thao tác cô lập sự cố lâu do phải thao tác tại chỗ. Tuy
nhiên với u điểm có khả năng đóng cắt có tải, giá thành thấp, trong các trờng hợp
ngừng điện kế hoạch, CDPT có u điểm hơn hẳn so với các thiết bị nh DCL thờng,
DCLTĐ nhờ khả năng đóng cắt có tải nên đợc sử dụng rộng rãi ở các khu vực có mật
độ phụ tải cao nh Hà Nội, Hải Phòng...
1.2.4. Thiết bị tự động đóng lại (recloser)
Thực chất recloser là khi một phần tử của hệ thống cung cấp điện tự động cắt ra,
sau một thời gian xác định lại đợc đóng trở lại vào hệ thống (nếu nh không bị cấm
đóng lại) và nguyên nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn nữa thì phần tử đó có
thể tiếp tục làm việc. Thời gian đóng lại càng ngắn càng tốt, song thời gian đó phải đủ
lớn để các rơle bảo vệ trở lại vị trí ban đầu và đảm bảo điều kiện khử ion tại điểm ngắn
mạch. Có nh vậy khi thiết bị đợc đóng trở lại, hồ quang chỗ ngắn mạch không tiếp
tục phát sinh. Thông thờng đối với mạng trung áp thời gian tự động đóng lại đợc lấy
bằng 0,2s.
Đối với đờng dây trên không tỷ lệ sự cố thoáng qua rất cao nh: phóng điện
chuỗi sứ khi quá điện áp khí quyển, dây dẫn chạm nhau khi đung đa hoặc lúc gió to,

đờng dây và thanh góp bị ngắn mạch bởi những vật khác nhau, đờng dây và máy
biến áp bị cắt ra do các thiết bị bảo vệ làm việc không chọn lọc v.v.... Vì vậy recloser
có xác suất thành công cao, đợc sử dụng hiệu quả với các lới phân phối trung áp
trên không.

10
Với việc sử dụng recloser các sự cố thoáng qua sẽ đợc khôi phục cung cấp điện
trong thời gian tối thiểu, do đó thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện đợc giảm
đáng kể. Ngoài ra recloser còn tăng độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện, việc
lắp đặt, thao tác và vận hành recloser lại tơng đối dễ dàng nên đợc sử dụng phổ biến
trên lới phân phối trung áp trên không ở Việt Nam.
Tại đầu mỗi phân đoạn ta đặt một recloser. Khi xảy ra sự cố trên phân đoạn nào
đó, recloser ở phân đoạn đó sẽ tác động. Nếu sự cố là thoáng qua nó sẽ bị loại trừ khi
recloser đóng lại. Nếu là sự cố duy trì, recloser sẽ tách hẳn phân đoạn đó. Việc cung
cấp điện đợc tiếp tục từ đầu nguồn đến phân đoạn nằm trớc phân đoạn sự cố.
Phơng pháp này loại trừ sự cố nhanh hơn phơng pháp sử dụng dao cách ly tự
động nhng đầu t tốn kém hơn. Do phải phối hợp bảo vệ giữa các recloser nên số
recloser trên một lộ đờng dây bị hạn chế.
Trong tơng lai, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hệ thống điện, ta phải áp
dụng các biện pháp tự động hoá hiện đại nh SCADA, hệ thống tự động trạm SAS hay
hệ thống phân phối tự động DAS để nâng cao độ tin cậy của lới, đảm bảo cung cấp
chất lợng điện năng tốt nhất cho khách hàng.




Hình 1.2: Sơ đồ sử dụng Recloser để loại trừ sự cố.
1.2.5. Tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD)
Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt các phần
tử dự phòng trong hệ thống cung cấp điện. Để đa các phần tử dự phòng vào làm việc

nhanh chóng và an toàn thờng đặt các thiết bị tự động đóng dự phòng. Trong các
trờng hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị TĐD sẽ đóng nguồn cung cấp
Mỏy ct Recloser Recloser
N

11
dự phòng. TĐD hoặc các thiết bị dự phòng đợc sử dụng trong trờng hợp thiệt hại do
gián đoạn cung cấp điện cao hơn tiền thiết bị TĐD.
TĐD của nguồn cung cấp và thiết bị đờng dây, máy biến áp, máy phát, thanh
góp, các phân đoạn và hệ thống thanh cái, động cơ điện thờng xảy ra sau khi có bất
kỳ dạng bảo vệ nào tác động hay máy cắt điện tự cắt ra. Thời gian đóng dự phòng
thờng đợc chỉnh định trong khoảng 0,5 - 1,5s. Nếu chỉnh định thời gian lớn hơn nữa
thì các động cơ tự khởi động lại sẽ bị khó khăn.
Tuy nhiên việc tự động hoá lới điện phân phối trung áp cha cao nên TĐD
thờng chỉ dùng tại các trạm truyền tải để đóng nguồn dự phòng cung cấp cho các
thiết bị điều khiển, chiếu sáng sự cố... Ngoài ra TĐD đợc lắp đặt để đóng nguồn dự
phòng cho các thanh cái tại các trạm biến áp khi máy biến áp hoặc một trong các lộ
đờng dây cấp tới cho máy biến áp bị mất điện, TĐD sẽ tự động đóng nguồn từ các
máy biến áp còn lại.
Đối với lới phân phối trung áp, TĐD hiện nay chỉ có thể lắp đặt tại đầu nguồn
cho các lộ đờng dây phân phối trung áp có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao
để khi xảy ra sự cố, thanh cái cấp nguồn cho lộ đờng dây bị mất điện thì TĐD sẽ
đóng nguồn dự phòng từ thanh cái khác không bị sự cố.
1.2.6. Máy cắt (MC)
Trong trờng hợp lới phân phối trung áp đợc phân đoạn bằng máy cắt, khi một
phần tử sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố.
Các phần tử trớc phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hởng. Giải pháp phân đoạn
làm tăng đáng kể độ tin cậy của lới phân phối, giảm đợc tổn thất kinh tế do mất
điện nhng cần phải đầu t vốn cho nên chỉ sử dụng khi lợi ích kinh tế thu đợc nhờ
giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện lớn hơn giá trị kinh tế đầu t của máy cắt.

Máy cắt điều khiển từ xa để đóng cắt các phân đoạn, khi phải ngừng điện kế
hoạch hay sự cố, việc dùng máy cắt điều khiển từ xa có thể giúp cho điều độ viên điều
khiển việc đóng cắt phân đoạn lới dừng điện kế hoạch, cô lập điểm sự cố một cách
nhanh chóng, giảm đáng kể thời gian so với thao tác tại chỗ. Máy cắt điều khiển từ xa

12
còn có u điểm là có thể đóng cắt có tải nên việc chuyển tải giữa các đờng dây để
san tải trong những lúc phụ tải đỉnh, tránh quá tải các đờng dây, giảm tổn thất điện
áp và tổn thất công suất có thể thực hiện rất dễ dàng không cần phải ngừng điện đầu
nguồn, độ tin cậy cung cấp điện và ổn định hệ thống điện rất cao.
Tuy nhiên, mô hình dùng máy cắt điều khiển từ xa này cha thể áp dụng vào lới
điện phân phối của Việt Nam tại thời điểm này khi hệ thống thông tin điều khiển từ xa
còn cha đợc áp dụng rộng rãi trong lới điện phân phối, việc lắp đặt một máy cắt và
hệ thống thông tin điều khiển ngoài trời là cha khả thi và không kinh tế so với hiệu
quả kinh tế thu đợc.
Trong tơng lai, với yêu cầu tự động hoá nâng cao độ tin cậy và ổn định lới
điện phân phối, khi hệ thống thông tin điều khiển từ xa phát triển hoàn thiện hơn thì
việc lắp đặt máy cắt hoặc các thiết bị có khả năng điều khiển từ xa và khả năng đóng
cắt có tải là một xu hớng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo sự liên tục
cung cấp điện và ổn định hệ thống điện.
1.2.7. Das
DAS (Distribution Automation System) là hệ thống phân phối điện tự động điều
hành bằng máy tính đã đợc Nhật Bản áp dụng hơn 30 năm. Trong quá trình phát triển
DAS liên tục đợc cải tiến, nâng cao hiệu suất phân phối điện. DAS đã đa hệ thống
phân phối điện của Nhật Bản đạt hiệu quả cao nhất thế giới. Hệ thống phân phối điện
khu vực thành phố, thị xã nớc ta có nhiều đặc điểm giống với hệ thống phân phối
điện của Nhật nh: mật độ dân c đông, vấn đề đất đai khó giải quyết, đang trong quá
trình chuyển dần từ nổi xuống ngầm,do đó DAS sẽ rất thích hợp khi đợc áp dụng.
Những u điểm nổi bật của DAS là:
- Phát hiện nhanh chóng, chính xác sự cố, giảm thời gian mất điện.

- Rút ngắn thời gian phục hồi, nâng cao chất lợng phục vụ khách hàng.

13
- Giảm chi phí vận hành do tự động kiếm tìm và loại bỏ sự cố (không phải đi tìm
kiếm và thao tác loại bỏ sự cố bằng tay), tự động quản lý, ghi số liệu vận hành, dữ liệu
sự cố.
- Nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị phân phối, tăng hiệu quả vận hành thiết bị.
- DAS là hệ thống mở, dễ dàng cho sự phát triển và kết nối với các hệ thống khác
(nh SCADA).
Với các u điểm trên, khi áp dụng DAS vào lới điện phân phối, độ tin cậy của
lới sẽ tăng lên đáng kể.
Một vấn đề khác không thể không đề cập đến là vốn đầu t cho DAS không lớn,
nằm trong khả năng của các công ty Điện lực.
Lới điện phân phối trung áp đợc phân đoạn bằng hệ thống tự động hoá DAS -
Distribution Automation System - có các u điểm nổi trội so với các hệ thống lới
điện phân phối trung áp sử dụng các thiết bị phân đoạn nêu trên nhờ khả năng tự động
hoá, giám sát và điều khiển từ xa.
Hệ thống DAS cung cấp chức năng điều khiển và giám sát từ xa các dao cách ly
phân đoạn tự động, phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lới điện phân phối trung
áp, nhờ đó cô lập đợc phân đoạn sự cố, khôi phục việc cung cấp điện năng cho phần
còn lại của hệ thống không bị sự cố.
Lới điện phân phối trung áp sử dụng hệ thống DAS có thời gian cách ly sự cố và
khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn không bị hỏng hóc rất nhỏ, thờng từ vài
giây đến vài phút do đó độ tin cậy cung cấp điện của lới điện phân phối trung áp
phân đoạn bằng DAS rất cao.
Thực tế, do chi phí đầu t xây dựng hệ thống DAS khá cao cùng với hiện trạng
lới điện phân phối trung áp ở Việt Nam thờng có tình trạng chắp vá, thiếu đồng bộ
nên việc triển khai hệ thống DAS vẫn trong giai đoạn nghiên cứu khả thi. Tuy nhiên,
với sự phát triển của công nghệ và yêu cầu về chất lợng điện năng của các phụ tải
ngày càng cao thì xu hớng lắp đặt hệ thống DAS là tất yếu.

Các thiết bị chính của DAS bao gồm:

14
a. Trung tâm điều khiển:
Trung tâm điều khiển (điều độ) bao gồm các thiết bị:
+ Bộ thu nhận xử lý thông tin (TCM)
+ Khối kết nối dữ liệu máy tính (CDL)
+ Bộ xử lý trung tâm (CPU)
+ Màn hình màu (CRT)
+ Máy in (PRN), bàn phím, bàn điều khiển.
b. Thiết bị thông tin liên lạc:
Thiết bị thông tin liên lạc nối RTU (thiết bị đầu cuối) về trung tâm nh là cáp
quang, sóng vô tuyến.
c. Thiết bị lắp đặt trên lới, trạm trung gian:
+ Thiết bị lắp đặt trên lới bao gồm: DCLTĐ, Rơ le phát hiện sự cố, máy biến áp
cấp nguồn cho cho DCLTĐ.
+ Thiết bị lắp đặt tại trạm trung gian bao gồm: Thiết bị chỉ thị vùng bị sự cố,
thiết bị tự động đóng lại, máy cắt đờng dây, thiết bị phát hiện điện áp và dòng điện
tại trạm qua bộ biến đổi, thiết bị thu thập thông tin trạm và đờng dây gửi tới trung
tâm điều khiển.
1.3. Phân tích một số cấu hình thờng gặp của lới phân phối trung áp
1.3.1. Lới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn

Hình 1.3 Lới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn
Lới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn có u điểm là vận hành
đơn giản, các thiết bị trên lới chỉ cần có khả năng chịu dòng ngắn mạch I
N
nhỏ, các
thiết bị bảo vệ đơn giản, vốn đầu t nhỏ.
A

MC

n

i21
n
P
i
P
2
P
P
1
1
l
DCL
l
2
l
i
l
n
L

15
Tuy nhiên lới phân phối một nguồn không phân đoạn có đặc điểm là độ tin cậy
cung cấp điện thấp, đối với lới phân phối một nguồn không phân đoạn, hỏng hóc bất
kỳ phần tử nào trên lới cũng gây mất điện trên toàn lới, lới phân phối một nguồn
không phân đoạn đợc xem nh là một phần tử do đó thờng chỉ đợc thiết kế cấp

điện cho các phụ tải trong phạm vi gần và có các yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện
không cao.

1.3.2. Lới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 1.4 Lới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn (M) bằng DCL
Do đặc điểm của lới phân phối một nguồn không phân đoạn đợc xem nh là
một phần tử nên độ tin cậy thấp, để tăng cờng độ tin cậy cung cấp điện, lới phân
phối hình tia đợc phân thành nhiều đoạn bằng các thiết bị đóng cắt có thể là dao cách
ly thờng hoặc tự động, máy cắt tự đóng lại, máy cắt .v.v...
Lắp các thiết bị phân đoạn trong lới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện
trên lới, nếu xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó máy cắt sẽ tác động tạm thời cắt
toàn bộ lới phân phối sau đó điểm sự cố sẽ đợc tìm kiếm và cô lập bằng các thiết bị
phân đoạn. Sau đó nguồn đợc đóng lại tiếp tục cấp điện cho phân đoạn nằm trớc
phân đoạn sự cố về phía nguồn.
Nh vậy, so với lới phân phối một nguồn không phân đoạn, lới phân phối một
nguồn có phân đoạn khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân
đoạn sự cố và phụ tải của các phân đoạn đợc cấp điện qua phân đoạn sự cố (tức là
nằm sau phân đoạn xảy ra sự cố tính theo chiều dòng công suất chạy từ nguồn) bị mất
điện trong suốt thời gian tìm kiếm và sửa chữa phân đoạn sự cố. Các phụ tải nằm trớc
phân đoạn sự cố về phía nguồn chỉ mất điện trong thời gian tìm kiếm và cô lập sự cố.
L
MC

A
L
I
II
I

II
...
M

M

L
DCL
i
ll
1


16
Độ tin cậy của lới có thiết bị phân đoạn tăng đáng kể so với lới phân phối một
nguồn không có thiết bị phân đoạn.
Ngoài ra, độ tin cậy của lới phân phối có thiết bị phân đoạn còn phụ thuộc vào
chính thiết bị phân đoạn, với lới phân phối trung áp có thiết bị phân đoạn bằng DCL
thờng, khi xảy ra sự cố thời gian gián đoạn cung cấp điện do tìm kiếm và thao tác
lớn. Thông thờng khi xảy ra sự cố, thời gian tìm kiếm và cô lập sự cố khá lâu do phải
thành lập nhóm công tác, tìm kiếm tại hiện trờng và phải thao tác tại chỗ, đối với các
thiết bị phân đoạn có khả năng điều khiển từ xa thì việc xác định, cách ly phân đoạn
sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn còn khả năng cung cấp điện
nhanh hơn, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện do việc vận hành các thiết bị phân đoạn
có thể thực hiện từ xa, giảm đợc thời gian đến hiện trờng, thao tác tại chỗ.
1.3.3. Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 1.5 Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DCL

Lới phân phối một nguồn có phân đoạn đã nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

đáng kể so với lới điện phân phối một nguồn không phân đoạn. Tuy nhiên, do chỉ có
một nguồn điện cung cấp nên khi xảy ra sự cố nguồn điện thì toàn bộ các phụ tải đều
mất điện cho dù các thiết bị trên lới điện vẫn có khả năng vận hành tốt do đó ngời ta
sử dụng sơ đồ lới phân phối mạch vòng do 2 hoặc nhiều nguồn cung cấp. Thời gian
khắc phục sự cố nguồn điện lớn hơn nhiều so với thời gian thao tác cô lập nguồn ra
khỏi lới điện, vậy khi xảy ra sự cố nguồn điện lới mạch vòng có nhiều nguồn cung
cấp sẽ khôi phục cung cấp điện nhanh hơn, độ tin cậy cung cấp điện cao hơn so với
lới phân phối một nguồn cung cấp.
Sơ đồ lới điện phân phối hai nguồn phân đoạn (M) bằng dao cách ly có u điểm
là độ tin cậy cung cấp điện cao, do có hai nguồn cung cấp nên khi xảy ra sự cố một
DCL

L
M
M
...
II
I
II
I

L
A
MC
L

N
N

L

B
MC
l
1

i
l

17
trong hai nguồn điện hoặc sự cố trên một phân đoạn thì các phụ tải thuộc các phân
đoạn còn lại trên lới chỉ mất điện trong thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố.
1.3.4. Lới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 1.6 Lới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn (M) bằng DAS


Lới điện phân phối điện một nguồn phân đoạn bằng DAS có những u điểm nổi
bật nh thiết kế và vận hành đơn giản, độ tin cậy cung cấp điện cao hơn do các thiết bị
có khả năng tự động hoá cao, khi sự cố thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố rất nhỏ, có
thể coi bằng không.
Tuy nhiên lới phân phối một nguồn phân đoạn bằng DAS vẫn còn những nhợc
điểm của lới điện phân phối một nguồn nh khi hỏng hóc nguồn điện thì toàn bộ các
phụ tải trên lới cũng bị mất điện. Khi hỏng hóc xảy ra trên một phân đoạn bất kỳ trên
lới điện thì không chỉ các phụ tải trên phân đoạn hỏng hóc bị mất điện mà các phụ tải
thuộc các phân đoạn nằm phía sau cũng bị mất điện, do đó ngời ta thờng dùng cấu
hình lới có hai hoặc nhiều nguồn điện cung cấp.
1.3.5. Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 1.7 Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DAS

Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DAS tận dụng đợc hết
các u điểm của các cấu hình lới đã phân tích ở trên. Thời gian tìm kiếm thao tác và
cách ly sự cố rất nhỏ nên có thể coi bằng không, các phụ tải chỉ mất điện khi nằm trên
DCL

L

M

M

...
III

III

L
A
MC

L
1

ll
i
MC

B
L

N

N
L

MC

A

L
I
II
III
...
M
M
L
DCL

l
i1

l

18
chính phân đoạn sự cố. Các hỏng hóc khác đều đợc khắc phục nhanh chóng để khôi
phục cung cấp điện.
Khi xảy ra sự cố ở nguồn thì các phụ tải trên lới sẽ đợc cung cấp điện từ nguồn
còn lại, khi sự cố trên một phân đoạn bất kỳ thì phân đoạn sự cố sẽ đợc cách ly, các
phân đoạn còn lại đều đợc cấp điện bình thờng. Do đặc điểm độ tin cậy cung cấp

điện cao nên cấu hình lới điện này thờng đợc thiết kế cho các hộ phụ tải loại I, các
phụ tải có yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao.
Khi số lợng phân đoạn càng nhiều thì số lợng phụ tải mất điện khi xảy ra sự cố
trên một phân đoạn càng nhỏ, tuy nhiên khi số lợng các thiết bị phân đoạn càng
nhiều thì chi phí đầu t càng lớn, không kinh tế.
1.4. Kết luận chơng I
Chơng I đã giới thiệu tổng quan về cấu trúc lới điện phân phối trong lĩnh vực
quy hoạch, thiết kế, vận hành, giới thiệu các loại thiết bị phân đoạn, đóng cắt trên lới,
phân tích một số cấu hình thờng gặp của lới phân phối trung áp làm cơ sở cho việc
đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lới trung áp thờng gặp.


19
Chơng II: đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lới
điện phân phối trung áp
2.1. Đặt vấn đề
Các phơng pháp đánh giá độ tin cậy đợc liên tục phát triển, một số công trình
nghiên cứu về độ tin cậy lới điện đã đợc công bố và kiến nghị sử dụng điển hình
nh: Phơng pháp đồ thị-giải tích sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý thuyết xác xuất các tập
hợp, đại số Boole, lý thuyết Graph; Phơng pháp không gian trạng thái trong đó có sử
dụng quá trình ngẫu nhiên Markov; Phơng pháp cây hỏng hóc xây dựng trên cơ sở
lập cây hỏng hóc cho mối liên quan giữa hỏng hóc phần tử và hỏng hóc hệ thống, áp
dụng đại số Boole; Phơng pháp mô phỏng Monte-Carlo.
Hệ thống cung cấp điện là hệ thống chứa rất nhiều phần tử. Mỗi phần tử lại có
thể có rất nhiều trạng thái tồn tại. Vì vậy số trạng thái có thể có của hệ thống cung cấp
điện rất lớn. Do vậy đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy tổng hợp của hệ thống: Lợng
thiếu hụt công suất đối với mỗi trạng thái thứ i P(i), kỳ vọng thiếu hụt điện năng
E(i) và lợng thiệt hại đối với nền kinh tế quốc dân H(i) do cung cấp điện thiếu tin
cậy gây nên.
2.2 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng trong lới phân phối trung áp

Sự thiếu hụt điện năng xảy ra trong hệ thống điện ảnh hởng bởi nhiều yếu tố
khác nhau nh sự giảm công suất nguồn điện, sai số dự báo phụ tải, trạng thái của lới
điện truyền tải và phân phối .v.v..
2.2.1 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng bằng đồ thị phụ tải
a. Đồ thị phụ tải điện
Đồ thị phụ tải điện là đờng cong đặc trng cho quan hệ theo thời gian của công
suất tiêu thụ của các phụ tải.
Công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và dòng điện I là 3 đại lợng cơ
bản dùng để biểu thị đồ thị phụ tải khi thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện. Sự
thay đổi theo thời gian của công suất yêu cầu của các phụ tải có thể quan sát đ
ợc nhờ
các dụng cụ đo và dụng cụ tự ghi. Thiết bị tự ghi liên tục sẽ ghi lại đợc sự biến đổi

20
của phụ tải theo thời gian. Nếu đo theo các thời điểm với khoảng cách bằng nhau ta sẽ
có đồ thị phụ tải dạng đờng bậc thang.
Ngời ta có thể phân ra các đồ thị phụ tải theo thời gian đo đạc, đồ thị phụ tải
ngày, đồ thị phụ tải tháng, đồ thị phụ tải mùa, đồ thị phụ tải năm. Hình dáng của các
đồ thị phụ tải phụ thuộc vào đặc điểm tiêu thụ công suất của các loại phụ tải (phụ tải
công nghiệp, chiếu sáng, sinh hoạt, nông nghiệp ...), theo tình trạng làm việc của phụ
tải (làm việc theo ca, theo ngày mùa đông, mùa hè...). Diện tích của đồ thị phụ tải
ngày, tháng, năm đợc giới hạn bởi đờng P = f(t) và trục hoành chính là điện năng
tiêu thụ hàng ngày, tháng năm của phụ tải.
t
1
0
t[24h]
P,Q
P
Q

7
t
6
t
5
t
4
t
3
t
2
t

Hình 2.1 Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian
b. Đồ thị phụ tải kéo dài
Ta có thể thấy điện năng tổng của phụ tải nhận đợc từ hệ thống, từ nhà máy
điện đợc xác định dựa trên đồ thị phụ tải thì sẽ không phụ thuộc vào thời điểm xuất
hiện các công suất phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào độ lớn và thời gian xuất hiện công
suất đó. Vì thế ta có thể biến đổi đồ thị phụ tải về dạng đồ thị phụ tải thời gian kéo dài
mà không thay đổi kết quả tính toán.


21
P
max
min
PP
min
max
P

t
12
t
3
t
4
tt
3
t
4
t
2
t
1
t
P
00
t
P

a) b)
Hình 2.2 a) Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang; b) Đồ thị phụ tải kéo dài
Từ đồ thị phụ tải kéo dài ta xác định đợc các trị số xác suất ứng với mỗi giá trị
công suất
p(P
i
) =
T
t
i

(2.1)
Trong đó:
t
i
: thời gian kéo dài giá trị công suất P
i
trên đồ thị phụ tải, [h].
T : Tổng thời gian xét, phụ thuộc vào từng loại đồ thị phụ tải (phụ tải ngày,
tháng, năm), [h].
Vậy ta có thể coi phụ tải là một phần tử, phần tử này có nhiều trạng thái khác
nhau. Mỗi trạng thái đợc đặc trng bởi một nhu cầu công suất (P
Ti
) và xác suất xảy ra
trạng thái đó (p
i
), từ đó nhu cầu công suất của phụ tải có thể đợc thể hiện qua dãy
phân bố p
i
.P
Ti
.


22
1
P [MW]
p[%]
0
4
p

3
p
2
p
1
p
P
T4
T3
P
T2
P
T1
P
T

Hình 2.3 Đồ thị thể hiện dãy phân bố xác suất của phụ tải
c. Xây dựng dẫy phân bố xác suất theo khả năng cung cấp công suất của lới
phân phối trung áp
Mỗi phần tử trong hệ thống điện có thể ở một trong hai trạng thái là trạng thái
làm việc bình thờng, đợc đặc trng bởi xác suất làm việc tin cậy p và trạng thái
không làm việc (bao gồm cả hỏng hóc, dự phòng hoặc đang trong thời gian ngừng làm
việc để duy tu bảo dỡng), đặc trng của trạng thái này là xác suất làm việc không sẵn
sàng của phần tử q.
Ta chỉ đánh giá các trờng hợp thay đổi của cấu hình lới phân phối, theo giả
thiết (phần 3.3) ta chỉ xét độ tin cậy của các lộ đờng dây, các thiết bị phân đoạn.
Mỗi hệ thống điện có rất nhiều phần tử, mỗi phần tử có hai trạng thái tốt hoặc
không làm việc, do đó một lới phân phối có n phần tử thì có 2
n
trạng thái làm việc

của cả hệ thống. Tơng ứng với mỗi trạng thái làm việc của hệ thống điện là một khả
năng cung cấp (truyền tải, phân phối) công suất của nguồn điện đến các phụ tải. Dới
đây là khả năng cung cấp điện của một số hệ thống điện:
Hệ thống nối tiếp có khả năng cung cấp điện là:
S
H

=
ni
min
S
i

Hệ thống song song có khả năng cung cấp điện là:
S
H
=

=
n
i
i
S
1


23
Hệ thống phức tạp có khả năng cung cấp điện là:
S
H

=
LCi
min
{
S
Ci
}

Trong đó:
S
H
khả năng tải của hệ thống điện.
S
i
khả năng tải của phần tử thứ i trong hệ thống điện.
S
Ci
khả năng tải của phần tử tơng đơng Ci trong hệ thống điện.
L tập các phần tử tơng đơng trong hệ thống điện phức tạp.
Ví dụ lới phân phối đang xét ở trạng thái i, khả năng đảm bảo công suất cho
phụ tải là P
Ti
và xác suất xuất hiện trạng thái i là p
i
. Ta sẽ xây dựng đợc bảng xác
suất khả năng đảm bảo công suất cho các phụ tải của một lới phân phối. ứng với mỗi
lới phân phối sẽ có một dãy p
i
(P

Ti
) thể hiện khả năng đảm bảo công suất cho các phụ
tải.
Mỗi hệ thống điện cũng có một dãy P
Hi
(p
Hi
) thể hiện khả năng đảm bảo cung cấp
công suất của hệ thống. Biểu diễn hai dãy phân bố xác suất theo khả năng đảm bảo
công suất của hệ thống P
Hi
(p
Hi
) và P
Ti
(p
Ti
) của phụ tải trên cùng một đồ thị. Các trị số
P
Hi
(p
Hi
) đợc vẽ thành các đờng thẳng biểu thị mức đảm bảo công suất của hệ thống
cung cấp điện.
p[%]
T
P
T1
P
T2

P
T3
T4
P
P [MW]
1
p
1
p
2
p
3
p
4
0
H2
P(p )
H2
H1
(p )P
H1
H3
(p )P
H3
Hi
P(p )
Hi
Hm
(p )P
Hm

Hình 2.4 Đồ thị dãy phân bố xác suất của phụ tải
và dãy xác suất đảm bảo công suất P
Hi
(p
Hi
)