LỜI NÓI ĐẦU Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ, trong đó phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng theo quy định và độ tin cậy cung cấp điện cung cấp điện hợp lý. Độ tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điện năng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện, mọi nghiên cứu, tính toán, các kỹ thuật và công nghệ áp dụng cho một hệ thống điện đều với mục đích đảm bảo hai chỉ tiêu này. Khi quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điện được phát triển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Quá trình quy hoạch hệ thống điện được thể hiện trong phân bố và dự trữ công suất nguồn, công suất dự phòng, kết cấu lưới nhằm đảm bảo độ tin cậy cần thiết. Việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện ngày càng được chú ý, rất nhiều công trình nghiên cứu đã cho phép đưa ra các thuật toán hiệu quả giải quyết triệt để việc tính toán độ tin cậy hệ thống điện và được áp dụng tính toán cho các lưới điện có cấu trúc khá phức tạp. Lưới điện trung áp cấp điện trực tiếp cho các phụ tải chiếm khối lượng đầu tư lớn (khoảng 15% tổng vốn đầu tư), tổn thất trên lưới điện này rất lớn. Đặc biệt ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV lấy qua các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải(khoảng 40-50% tổn thất của hệ thống điện), độ tin cậy cung cấp điện kém, thường xuyên xẩy ra sự cố, hỏng hóc cần được tính toán, đề nghị sử dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy đảm bảo các tiêu chuẩn điện năng theo quy định. 1 Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài "Đánh giá độ tin cậy của lưới điện trung áp, các biện pháp nâng cao độ tin cậy. Áp dụng đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang" Phạm vi của đề tài: Nghiên cứu độ tin cậy lưới điện phân phối cung cấp điện cho Tỉnh Tuyên Quang Mục đích của đề tài: Trên cơ sở nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối, áp dụng để tính toán và đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang trên cơ sở các số liệu thống kê được từ thực tế vận hành. Phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối nhằm đưa ra những giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Lý thuyết về độ tin cậy đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cơ khí, viễn thông, điện lực, các phương tiện vận tải Đối với hệ thống điện lý thuyết về độ tin cậy đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc quy hoạch, xây dựng và vận hành. Việc nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối là rất cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội. Nội dung của đề tài là xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối và áp dụng tính toán chọn lọc một số xuất tuyến của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Từ kết quả tính toán sẽ đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang so với các tỉnh khác trong khu vực miền Bắc, từ đó đi sâu phân tích 2 những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối. Đưa ra những giải pháp cụ thể nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối. Trong phạm vi đề tài, thực hiện các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối. Chương 2: Phương pháp phân tính - Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối. Chương 3: Tính toán - đánh giá - phân tích độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Chương 4: Áp dụng một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực của bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thầy, các Cô trong bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện và Khoa đào tạo Sau đại học Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầy PGS.TS Trần Bách. Mặc dù đã rất cố gắng, xong do hạn chế về trình độ, kiến thức, thời gian thực hiện nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, khiếm khuyết, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, bổ xung của các Thầy, Cô. Em xin chân thành cảm ơn ! 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Tổng quan về lưới phân phối. 1.1.1. Định nghĩa và phân loại. Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng: - Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: + Lưới phân phối thành phố. + Lưới phân phối nông thôn. + Lưới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lưới phân phối trên không. + Lưới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lưới phân phối kín vận hành hở. + Hệ thống phân phối điện. 1.1.2. Phần tử của lưới điện phân phối. Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm: - Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối. - Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện). - Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: - Thiết bị điều chỉnh điện áp - Thiết bị đo lường - Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù. - Thiết bị nâng cao độ tin cậy 4 - Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động 1.1.3. Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối. Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành. + Cấu trúc tổng thể. + Cấu trúc vận hành 1.1.4. Đặc điểm của lưới điện phân phối miền Bắc Mạng lưới điện phân phối hiện nay bao gồm nhiều cấp điện áp: 35kV, 22kV, 10kV, 6kV bao gồm đường dây trên không và cấp ngầm. Trong đó lưới điện 22kV chỉ mới được xây dựng tại một số tỉnh với khối lượng rất nhỏ. Mạng lưới điện 35kV, 10kV, 6kV được sử dụng cả hai dạng: Đường dây cáp ngầm, đường dây trên không ( đường dây cáp ngầm chủ yếu xây dựng trong các thành phố ). Cả 3 hệ thống lưới điện 35kV, 10kV, 6kV đều thuộc loại lưới điện trung tính không nối đất trực tiếp, đa số thiết kế theo mạng hình tia, liên kết các đường dây còn yếu, độ linh hoạt kém, khi xẩy ra sự cố mất điện kéo dài. 1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện. 1.2.1. Các 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 [1]. 1.2.2. Độ tin cậy của hệ thống. Có thể chia thành 4 nhóm nguyên nhân gây mất điện như sau: - Do thời tiết: Giông sét, lũ lụt, mưa, bão, lốc xoáy, - Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện. - Do hoạt động của hệ thống: + Do trạng thái của hệ thống: 5 + Do nhân viên vận hành hệ thống điện. - Các nguyên nhân khác: 1.2.3. Độ tin cậy của phần tử. Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết định độ tin cậy của hệ thống 1.2.3.1. Phần tử không phục hồi. - Độ tin cậy R(t). - Cường độ hỏng hóc λ (t). 1.2.3.2. Phần tử phục hồi. a. Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi τ = 0 b. Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi τ . c. Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ. 1.3. Các phương pháp đánh giá độ tin cậy [1]. 1.3.1. Phương pháp đồ thị giải tích. Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng phương pháp giải tích bằng đại số Boole, lý thuyết xác suất thống kê, tập hợp để tính toán độ tin cậy. 1.3.2. Phương pháp không gian trạng thái. Phương pháp không gian trạng thái trong đó sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov là chính, trong phương pháp này hệ thống điện được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và khả năng chuyển giữa các trạng thái đó 1.3.3. Phương pháp cây hỏng hóc. Phương pháp cây hỏng hóc được mô tả bằng đồ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm đại số Boole. Cơ sở cuối cùng để tính toán là các hỏng hóc cơ bản của các phần tử. 1.3.4. Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo. 6 Phương pháp Monte - Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên 1.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối. 1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối. - Độ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới điện: + Chất lượng của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏng hóc của lưới phân phối, thời gian phục hồi. + Sửa chữa, duy tu bảo dưởng, trung đại tu thiết bị trong vận hành. + Ngừng điện để thao tác đóng cắt, cải tạo, phát triển lưới điện. + Sự ghép nối giữa các phần tử trong lưới điện, hình dáng lưới điện. + Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay). - Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành: + Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố. + Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ. + Dự trữ thiết bị, dự trữ nguồn. + Cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành. + Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị. - Ảnh hưởng môi trường: + Phụ tải điện. + Yếu tố thời tiết, khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiểm của môi trường. - Yếu tố con người: Trình độ của nhân viên quản lý vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hoá vận hành. 7 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1. Phân phối xác suất của chỉ số tin cậy. - Đối với cường độ mất điện: Thời gian mất điện thông thường được biểu thị dạng phân bố theo hàm mũ. Cường độ mất điện của lưới điện hình tia chỉ phụ thuộc vào cường độ mất điện của các thành phần của lưới điện, không phụ thuộc vào thời gian khôi phục. 2.2. Các sơ đồ lưới điện dùng để tính toán độ tin cậy. 2.2.1. Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn. Khi đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trên là: SAIFI = 2,2 lần mất điện/khách hàng.năm SAIDI = 6,0 giờ /khách hàng.năm CAIDI = 2,73 giờ /lần mất điện ASAI = 0,999315 ENS = 84,0 MWh/năm AENS = 28,0 kWh/khách hàng.năm 2.2.2. Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì. SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm SAIDI = 3,91 giờ /khách hàng.năm CAIDI = 3,39 giờ /lần mất điện ASAI = 0,999554 ENS = 54,8 MWh/năm AENS = 18,3 kWh/khách hàng.năm 2.2.3. Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở. Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trong trường hợp này được cải thiện đáng kể so với hệ thống chỉ có một nguồn: SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm 8 SAIDI = 1,80 giờ /khách hàng.năm CAIDI = 1,56 giờ /lần mất điện ASAI = 0,999795 ENS = 25,0 MWh/năm AENS = 8,4 kWh/khách hàng.năm Các chỉ tiêu độ tin cậy của toàn hệ thống lúc này sẽ là: SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm SAIDI = 2,11 giờ /khách hàng.năm CAIDI = 1,83 giờ /lần mất điện ASAI = 0,999759 ENS = 29,1 MWh/năm AENS = 9,7 kWh/khách hàng.năm 2.2.4. Hệ thống song song. Để minh họa, hãy xem xét một hệ thống kép như hình 2.6. Giả sử các thanh cái, các máy cắt có độ tin cậy 100%. Độ tin cậy của hệ thống được thể hiện qua 2 đường dây (thành phần 1 và 2) và 2 máy biến áp (3 và 4). Nếu mỗi thành phần ở 1 trong 2 trạng thái (làm việc hoặc hỏng hóc) thì sẽ có 2 4 = 16 trạng thái của hệ thống được xem xét. Biểu đồ trạng thái là đầu vào cho kỹ thuật Markov, độ tin cậy có thể được đánh giá dùng kỹ thuật này. 2.3. Xây dựng bài toán tính toán đánh giá độ tin cậy [1]. Với sơ đồ lưới điện phân phối đã có gồm các xuất tuyến trung áp từ các trạm biến áp khu vực hoặc các trạm trung gian, các số liệu thống kê về số lần sự cố, thời gian mất điện do sự cố, số lần ngừng điện theo kế hoạch, thời gian mất điện theo kế hoạch hàng năm và các số liệu về số lượng khách hàng, tải trung bình của từng trạm biến áp phụ tải chúng ta tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cho từng nút phụ 9 tải (, t, T ) và từng xuất tuyến (SAIDI, SAIFI, CAIDI, ASAI, ENS, AENS ). 2.3.1. Đẳng trị lưới phân phối thành sơ đồ tương đương: Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn. 2.3.2. Mô tả lưới phân phối theo cấu trúc ngược. - Thông số nhánh gồm: + Cường độ hỏng hóc λ o , 1/100km.năm; + Thời gian phục hồi sự cố t o , h; + Chiều dài lưới điện l, km; + Thiết bị đóng cắt được cho bởi các thông số: K(i) = 1 không có thiết bị đóng cắt hoặc TBĐC là dao cách ly. K(i) = 0 thiết bị đóng cắt là máy cắt. M(i) = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt (dùng để đẳng trị lưới). M(i) = 1 nếu có thiết bị đóng cắt. 2.3.3. Tính ma trận ảnh hưởng. Số lần mất điện SL(i) và thời gian mất điện t h (i) của mỗi đoạn lưới là do hai nguyên nhân: Hỏng hóc bản thân đoạn lưới và ảnh hưởng hỏng hóc của các đoạn lưới khác. 2.3.6. Chương trình tính toán. Chương trình tính toán được thiết lập bằng ngôn ngữ Delphi hướng đối tượng Object Pascal, dễ học, dễ hiểu, phần mền kế thừa mọi ưu điểm của Pascal. Tích hợp các công nghệ riêng rẽ để tạo nên môi trường phát triển toàn diện. Công việc nhập và sửa chữa số liệu dễ dàng, rất thuận lợi để áp dụng cho khối lượng nhập số liệu lớn như tính toán độ tin cậy của lưới điện phức tạp. 10 [...]... được độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang so với các tỉnh khác trong khu vực miền Bắc Đề tài đi sâu vào phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối trên cơ sở số liệu thực tế vận hành lưới điện tỉnh Tuyên Quang, đưa ra những giải pháp cụ thể nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang và áp dụng cho lưới điện phân phối nói chung Ngoài... tạo lưới điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nâng cao chất lượng phụ vụ khách hàng khi mà thị trường điện lực sẽ hình thành, phát triển và cạnh tranh như các nước trên thế giới Đề tài đã xây dựng được phương pháp tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối bất kỳ và áp dụng tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang Từ kết quả tính toán, đề tài đã đánh giá được độ tin cậy của. .. CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH TUYÊN QUANG Trên cơ sở tính toán, phân tích và đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang trong chương 3, tác giả đề xuất một số giải pháp cụ thể để nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối như sau: 4.1 Tính chọn vị trí để lắp đặt thêm thiết bị phân đoạn - Xuất tuyến 375 E14.1 Tuyên Quang: Tại nút số 10 là vị trí có điện năng mất và thiệt hại do mất điện. .. tổn hại, chi phí bảo dưởng tăng thêm Phải trả lương cho người lao động trong thời gian mất điện, 3.3.3 Đánh giá chung về độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang Theo kết quả tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang, chúng ta thấy rằng suất sự cố lưới điện trung áp tỉnh Tuyên Quang vẫn còn cao so với một số tỉnh khác Một số xuất tuyến 16 đi qua vùng rừng núi có suất sự cố... TÍNH TOÁN - ĐÁNH GIÁ - PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH TUYÊN QUANG 3.1 Giới thiệu tổng quát về lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang 3.1.1 Nguồn điện Toàn tỉnh Tuyên Quang có 3 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng 113MVA được bố trí như sau - Bảng 3.1 - Trạm biến áp E14.1 cấp điện cho thị xã Tuyên Quang và các huyện Yên Sơn, huyện Hàm yên với cấp điện áp là 35kV Cấp điện cho huyện... không gây quá tải các phần tử trong hệ thống điện và điện áp của các nút nằm trong giới hạn cho phép - Nghiên cứu ảnh hưởng của các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ đến chế độ vận hành, độ tin cậy, chất lượng điện áp và tổn thất công suất trong lưới điện phân phối khi các nhà máy này đấu nối vào lưới điện phân phối Từ đó quyết định đấu nối các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ vào lưới điện phân phối hiện có hay... mất điện trung bình năm cho một nút tải đẳng trị (lần/năm): 1,46 - Xuất tuyến 973 Sơn Dương: Không có nguồn thứ 2 Tổng điện năng mất (kwh): 228 Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải đẳng trị (h): 1,26 Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải đẳng trị (lần/năm): 0,29 3.3 Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang 3.3.1 Hiện trạng độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên. .. 35/22kV - Các xuất tuyến 10kV được cấp nguồn từ các trạm biến áp trung gian 35/10kV 3.2 Tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang 3.2.1 Lựa chọn một số xuất tuyến để đưa vào tính toán: Căn cứ vào quy mô (chiều dài, công suất, số lượng phụ tải), đặc điểm địa hình và tính chất phụ tải, lựa chọn 5 xuất tuyến mang tính đại diện của lưới phân phối tỉnh Tuyên Quang để tính toán độ tin cậy Các xuất... công suất các trạm biến áp 21 KẾT LUẬN Độ tin cậy cung cấp điện ngày càng được khách hàng cũng như ngành Điện quan tâm, đặc biệt trong lĩnh vực phân phối, mua bán điện năng Những thiết hại do mất điện không những là của khánh hàng mà tác động trực tiếp vào quá trình sản xuất kinh doanh của ngành Điện Việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối thông qua các chỉ tiêu liên quan đến khách hàng có... 35/6kV - Trạm biến áp 110kV E14.3 cấp điện cho trung tâm huyện Sơn Dương với cấp điện áp là 35kV, cấp điện cho các khu vực còn lại của huyện qua trạm biến áp trung gian 35/10kV Toàn tỉnh Tuyên Quang có 9 trạm biến áp trung gian với tổng dung lượng 48.800kVA nhận điện qua 5 trạm biến áp 110kV và được bố trí như sau 3.1.2 Lưới điện trung áp Đến cuối năm 2009 có 1,482 km đường dây trung thế (trong đó . giá - phân tích độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Chương 4: Áp dụng một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang. Để hoàn thành luận văn, . đảm bảo các tiêu chuẩn điện năng theo quy định. 1 Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài " ;Đánh giá độ tin cậy của lưới điện trung áp, các biện pháp nâng cao độ tin cậy. Áp dụng đánh giá độ tin. cứu xây dựng phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối, áp dụng để tính toán và đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang trên cơ sở các số liệu thống