Tài liệu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố bảo lộc, tỉnh lâm đồng theo tiêu chuẩn ieee 1366

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN NHẬT TÍN ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ BẢO LỘC, TỈNH LÂM ĐỒNG THEO TIÊU CHUẨN IEEE 1366 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. DƯƠNG MINH QUÂN Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác khác. Tác giả luận văn Nguyễn Nhật Tín TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TİN CẬY LƯỚİ ĐİỆN PHÂN PHỐİ THÀNH PHỐ BẢO LỘC THEO TİÊU CHUẨN IEEE 1366 Học viên: Nguyễn Nhật Tín - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 - Khóa: 2016-2018 - Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, phần lớn việc gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng diễn ra chủ yếu ở lưới điện phân phối. Với xu thế hiện nay trong thời điểm công nghiệp hóa hiện đại hóa đất đước việc đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng thường xuyên và liên tục là yêu cầu cấp bách. Do là thành phố thuộc tỉnh vùng cao có đặc điểm địa lý cùng với sự phân bố dân cư chưa đồng đều và bán kính cung cấp điện lớn nên khả năng cung cấp điện liện tục cũng như chất lượng cung cấp điện của thành phố Bảo Lộc còn nhiều hạn chế. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Thành phố Bảo Lộc nhằm áp dụng vào thực tế, vận dụng các thiết bị đóng cắt hiện có, phối hợp với các thiết bị mới nhằm tối ưu hóa trong thao tác và giảm thời gian mất điện công tác hoặc sự cố trên lưới điện. Qua tìm hiểu, khảo sát thực tế lưới điện, các số liệu quản lý kỹ thuật tại đơn vị, tác giả đã tóm tắt, thống kê, đề xuất các phương án đối với từng phụ tải riêng biệt để có thể áp dụng được trong thực tế quản lý vận hành của hệ thống. Từ khóa - Độ tin cậy cung cấp điện; thiết bị đóng cắt; đèn báo sự cố có tin nhắn;phụ tải; lưới điện phân phối. PROPOSED ADVANCED CAPACITY DEVELOPMENT SOLUTIONS ARE LOCATED IN THE CERTIFICATE OF THE IEEE 1366 STANDARD Abstract - Currently, most of the power supply disruptions occur mainly in the distribution grid. With the current trend in industrialization and modernization of the land, it is urgent to supply electricity to customers regularly and continuously. Therefore, it is an upland province with geographical characteristics. With the uneven distribution of population and the large electricity supply radius, the limited supply of electricity and the quality of Bao Loc's electricity supply are still limited. Proposal in solutions for increasing Bao Loc city’s electric service reliability in regard with real life situation, utilizing the current circuit breaker (or switchgear) equipment along with new equipment and indicating lamp in order to optimize the operation and reduce the blackout time as well as incident on the electric power network. Through researching and examining the actual electric power network together with divisional technical data, the author summarized, summed up and proposed distinct solutions to each load to apply in actual electric system operation. Key words - Service reliability; circuit breaker (or switchgear); fault location indicator with message; load; Distribution grid. MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 1. Lý do lựa chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2 3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................ 2 5. Tên luận văn ............................................................................................................. 2 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ............. 3 1.1. Tổng quan về LĐPP. ............................................................................................. 3 1.1.1. Định nghĩa và phân loại. ................................................................................. 3 1.1.2. Phần tử của LĐPP. .......................................................................................... 4 1.2. Tổng quan về ĐTC. ............................................................................................... 5 1.2.1. Các khái niệm về ĐTC. .................................................................................. 5 1.2.2. ĐTC của phần tử ............................................................................................. 5 1.2.2.1. Phần tử không phục hồi ........................................................................... 6 1.2.2.2. Đối với phần tử có phục hồi ................................................................... 10 1.3. Yếu tố ảnh hưởng đến ĐTC của lưới điện .......................................................... 12 1.4. Các nguyên nhân làm giảm ĐTC. ....................................................................... 14 1.5. Các số liệu thống kê về các nguyên nhân sự cố. ................................................. 14 1.6. Các chỉ tiêu đánh giá ĐTC LĐPP theo tiêu chuẩn IEEE 1366 ........................... 16 1.6.1. Các chỉ số đánh giá ĐTC về mặt mất điện kéo dài....................................... 16 1.6.2. Các chỉ số đánh giá ĐTC về mặt mất điện thoáng qua................................. 18 1.7. Kết luận ............................................................................................................... 18 Chương 2: ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ BẢO LỘC................................................................................................................................ 19 2.1. Tổng quan về lưới điện TP Bảo Lộc ................................................................... 19 2.1.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế TP Bảo Lộc ....................................................... 19 2.1.1.1. Đặc điểm tự nhiên xã hội ....................................................................... 19 2.1.1.2. Đặc điểm kinh tế .................................................................................... 19 2.1.2. Tình hình thực hiện kế hoạch sản xuất kinh doanh ĐLBL trong năm 2016 20 2.1.3. Đặc điểm lưới điện........................................................................................ 21 2.1.3.1. Đường dây 22kV .................................................................................... 22 2.1.3.2. Trạm biến áp .......................................................................................... 24 2.1.3.3. Đường dây hạ thế ................................................................................... 24 2.1.4. Các thiết bị bảo vệ đầu phát tuyến và thiết bị đóng cắt trên các phân đoạn. ........................................................................................................................ 25 2.1.4.1. Dao cách ly – DS, LTD:......................................................................... 25 2.1.4.2. Cầu chì tự rơi –LBFCO, FCO: ............................................................... 26 2.1.4.3. Dao cắt có tải, RCL ................................................................................ 27 2.2. ĐTC lưới điện TP Bảo Lộc ................................................................................. 29 2.2.1. Hiện trạng của lưới phân phối ảnh hưởng đến ĐTC .................................... 29 2.2.2. Cơ sở tính toán ĐTC tại PCLĐ..................................................................... 30 2.3. Tính toán ĐTC tại ĐL Bảo Lộc........................................................................... 33 2.3.1. Các phần mềm có thể áp dụng để tính toán đánh giá ĐTC trong lưới điện phân phối tại PCLĐ. ............................................................................................... 33 2.3.1.1. Phần mềm PSS/ADEPT ......................................................................... 33 2.3.1.2. Phần mềm quản lý vận hành lưới điện ................................................... 34 2.3.2. Tính toán ĐTC cung cấp điện do mất điện công tác lưới điện trung hạ thế . 41 2.4. Kết luận ............................................................................................................... 46 Chương 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ BẢO LỘC .............................................................................. 47 3.1. Phân đoạn đường dây và kết nối liên lạc ............................................................. 47 3.1.1. Bổ sung thiết bị bảo vệ và phân đoạn đường dây ......................................... 47 3.1.2. Nối tuyến, cung cấp điện trung tâm thành phố ............................................. 50 3.2. Hệ thống thiết bị cảnh báo sự cố thông minh ...................................................... 53 3.2.1. Nguyên lý làm việc ....................................................................................... 54 3.2.2. Thiết bị cảnh báo sự số thông minh của EMT Hàn Quốc (kiểu: FI-2001VI) ........................................................................................................................... 56 3.2.3. Thông số kỹ thuật cơ bản. ............................................................................. 57 3.2.4. Lựa chọn VT lắp đặt hệ thống cảnh báo sự cố thông minh kết hợp điều chuyển VT lắp đặt một số thiết bị bảo vệ nhánh rẽ chưa phù hợp ......................... 57 3.3. Tính toán ĐTC sau khi thực hiện giải pháp ........................................................ 63 3.3.1. ĐTC sau khi thực hiện các giải pháp ............................................................ 63 3.3.2. Phân tích kinh tế ........................................................................................... 70 3.4. Tăng cường cách điện đường dây ....................................................................... 71 3.5. Công nghệ sửa chữa hotline ................................................................................ 74 3.6. Ứng dụng SCADA .............................................................................................. 75 3.7. Các giải pháp khác............................................................................................... 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 79 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC TỪ VİẾT TẮT Độ tin cậy ĐTC Lưới điện phân phối LĐPP Hệ thống điện HTĐ Bảo dưỡng định kỳ BDĐK Thành phố TP Công ty Điện lực Lâm Đồng PCLĐ Điện lực ĐL Recloser RCL Dao cách ly DCL Vị trí VT DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. Thông số kỹ thuật của các tuyến 22kv Tổng hợp số lượng DCL Tổng hợp số lượng FCO, LBFCO Tổng hợp số lượng RCL Tổng hợp số lượng LBS Chỉ tiêu kế hoạch ĐTC năm 2017 của PCLĐ Chi tiết các nguyên nhân mất điện Các nguyên nhân mất điện được loại trừ trong tính toán ĐTC ĐTC cung cấp điện do công tác lưới điện trung hạ áp Sự kiện mất điện năm 2017 xuất ra từ chương trình OMS Tổng hợp nguyên nhân mất điện do công tác lưới điện trung hạ thế năm 2017 Tổng hợp sự kiện mất điện ID 84 theo của từng tuyến đường dây Kết quả tính toán ĐTC cung cấp điện do sự cố lưới điện trung hạ áp năm 2017 Nguyên nhân cắt điện sự cố lưới điện trung hạ thế Số lượng khách hàng theo từng phân đoạn đường dây Sự kiện mất điện các đoạn đường dây liên quan đến giải pháp thực hiện Nội dung công tác của các sự kiện mất điện Tổng hợp khách hàng không bị mất điện sau khi thực hiện giải pháp Kết Quả ĐTC sau giải pháp So sánh kết quả ĐTC trước và sau khi thực hiện giải pháp Tổng hợp thiết bị đề xuất lắp đặt sau giải pháp Ước vốn đầu tư thiết bị theo giải pháp 24 26 26 27 28 32 37 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 40 41 42 43 44 45 45 63 64 65 66 69 69 70 70 DANH MỤC HÌNH Số hiệu 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. 3.17. 3.18. 3.19. 3.20. 3.21. 3.22. 3.23. 3.24. Tên hình Sơ đồ mặt bằng lưới điện TP Bảo Lộc Dao Cách Ly (DCL) Cầu chì tự rơi Recloser và tủ điều khiển Dao cắt có tải tiếp điểm kín (LBS) Giao diện chính phần mềm PSS/ADEPT Giao diện chương trình quản lý lưới điện Sơ đồ vận hành LĐPP TP Bảo Lộc Sơ đồ khối chương trình tính độ tin cậy Giao diện xuất kết quả chạy tính toán độ tin cậy VT mạch kép tuyến 472-474 Nhánh rẽ 472/137 Nhánh rẽ 472/123 Nhánh Rẽ 472/160 Nhánh rẽ 474/268 Nhánh rẽ 476/49 Nhánh rẽ 476/115 Nối Tuyến Trạm 110kv Bảo Lâm Nối Tuyến ngã ba lộc sơn Nối Tuyến phạm ngọc thạch – đào duy từ: Nối tuyến 474-480 Sơ đồ nguyên lý cấp điện khách hàng trung tâm thành phố Thiết bị cảnh báo sự số Sơ đồ giới thiệu nguyên lý làm việc thiết bị cảnh báo sự cố Sơ đồ mô phỏng VT khi lắp đặt thiết bị cảnh báo sự cố Sơ đồ nguyên lý báo đèn dò tìm VT sự cố Sơ đồ mô phỏng hoạt động hệ thống thiết bị cảnh báo sự cố thông minh EMT Lắp bộ cảnh báo sự cố trên cột VT nhánh rẽ 472/73 VT nhánh rẽ 472/94 VT nhánh rẽ 472/123 VT nhánh rẽ 472/137 VT nhánh rẽ 472/290 VT 472/40 Trang 22 25 27 28 29 33 35 35 36 41 48 48 49 49 50 50 50 51 51 52 52 53 54 54 55 55 56 57 58 58 58 59 59 60 Số hiệu Tên hình Trang 3.25. 3.26. 3.27. 3.28. 3.29. 3.30. 3.31. 3.32. VT 474/105 nhánh rẽ một tháng năm VT 474/122 nhánh rẽ nguyễn trung trực VT 474/137 VT nhánh 474/153 VT nhánh rẽ 474/204 VT phân đoạn 474/214 VT 476/89 Tuyến 478 Lưới điện sử dụng phương pháp ốp đà để chống sự cố do rắn bò, chim đậu. Ống bọc cách điện trung áp Nắp chụp sứ đỡ Chụp cách điện FCO,LBFCO Chụp cách điện MBA Chụp cách điện kẹp quai Chụp cách điện LA Máng bọc các điện đường dây Vệ sinh công nghiệp bằng nước áp lực cao Thi công sửa chữa hotline 61 61 61 62 62 62 63 63 3.33. 3.34. 3.35. 3.36. 3.37. 3.38. 3.39. 3.40. 3.41. 3.42. 72 72 73 73 73 73 73 73 74 75 1 MỞ ĐẦU Điện năng có vai trò hết sức quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa và phát triển kinh tế xã hội của đất nước. Do đó ngành điện cần phải được phát triển mạnh để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao về điện năng của đất nước. Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật từ thiết kế cũng như vận hành nhà máy điện, hệ thống điện và lưới điện phải được đặc biệt quan tâm để đảm bảo cho có được các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế độ làm việc bình thường cũng như xảy ra sự cố. Đối với hệ thống điện, đầu tư cho LĐPP là không lớn so với tổng đầu tư của nguồn điện và lưới điện truyền tải, nhưng LĐPP đóng góp phần lớn nhất sự mất điện của khách hàng. Theo thống kê có khoảng trên 60% thời gian mất điện của khách hàng do LĐPP, mà chủ yếu tập trung ở LĐPP trung áp. Để nhằm nâng cao chất lượng phục vụ cho các hộ tiêu thụ thì tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) của Mỹ đã xây dựng bộ tiêu chuẩn (IEEE 1366) để đánh giá ĐTC cung cấp điện, bao gồm: các chỉ số đánh giá về mặt mất điện kéo dài (SAIDI, SAIFI, CAIDI,SAIDI, SAIFI, CAIDI, CAIFI, CTAIDI, ASAI, ASIDI, ASIFI, CEMIn) và các chỉ số đánh giá về mặt mất điện thoáng qua (MAIFI, MAIFIE, CEMSMIn). Dựa trên các chỉ tiêu của IEEE 1366 và cấu trúc lưới điện Việt Nam, Bộ Công Thương đã xây dựng về quy định thực hiện các chỉ tiêu quản lý kỹ thuật hệ thống điện để áp dụng tại các đơn vị với mục đích tăng cường nâng cao chất lượng công tác quản lý kỹ thuật, hướng tới phục vụ khách hàng ngày một tốt hơn, đồng thời phù hợp với những quy định mới. Các chỉ tiêu về ĐTC được áp dụng cho LĐPP Việt Nam ban hành theo thông tư số: 39 /2015/TT-BCT ngày 25 tháng 11 năm 2015, cụ thể là: SAIDI (System Average Interruption Duration Index) là chỉ số về thời gian mất điện trung bình của LĐPP.- SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) là chỉ số về số lần mất điện trung bình của LĐPP. SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) là chỉ số về số lần mất điện trung bình của LĐPP. MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index ) là chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của LĐPP. 1. Lý do lựa chọn đề tài Do đặc điểm địa lý cùng với sự phân bố dân cư chưa đồng đều nên LĐPP TP Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng có bán kính cung cấp điện lớn nên khả năng cung cấp điện liện tục cũng như chất lượng cung cấp điện của thành phố còn nhiều hạn chế. Với yêu cầu cung cấp điện ngày càng cao, việc nghiên cứu đánh giá cụ thể 2 ĐTC của LĐPP thành phố Bảo Lộc dựa trên các số liệu thực tế vận hành, để từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm nâng cao ĐTC của LĐPP, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về cung cấp điện là rất cần thiết. Vì vậy tôi đã chọn đề tài “ Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố Bảo Lộc theo tiêu chuẩn IEEE 1366” là nội dung nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình nhằm góp phần nâng cao ĐTC cung cấp điện cho lưới điện thành phố nói riêng và cho PCLĐ nói chung. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Là LĐPP TP Bảo Lộc. Phạm vi nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu ĐTC của LĐPP TP Bảo Lộc theo 03 chỉ tiêu (SAIDI, SAIFI, MAIFI) từ đó đưa ra giải pháp nhằm nâng cao ĐTC cung cấp điện của lưới điện phân phối thành phố Bảo Lộc. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết ĐTC LĐPP. Nghiên cứu, áp dụng các phần mềm vận hành sơ đồ lưới điện và phần mềm tính toán phân tích lưới điện phân phối PSS/ADEPT. Thu thập số liệu và tính toán ĐTC cho các xuất tuyến của lưới điện hiện trạng. Từ đó lựa chọn giải pháp phù hợp để nâng cao ĐTC LĐPP TP Bảo Lộc. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Ý nghĩa khoa học: Tìm hiểu về lý thuyết phân bố công suất, ĐTC cung cấp điện trong LĐPP. Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần tích cực trong vấn đề nâng cao tăng ĐTC LĐPP TP Bảo Lộc, giúp ích trong công tác vận hành lưới điện, định hướng thiết kế cải tạo và phát triển LĐPP. 5. Tên luận văn Căn cứ và mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài được đặt tên như sau: “ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ BẢO LỘC THEO TIÊU CHUẨN IEEE 1366” 3 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Tổng quan về LĐPP. 1.1.1. Định nghĩa và phân loại. LĐPP 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. Nhiệm vụ của LĐPP là cấp điện cho phụ tải đảm bảo chất lượng điện năng và ĐTC cung cấp điện trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, ĐTC của LĐPP cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của LĐPP. LĐPP gồm LĐPP trung áp và LĐPP hạ áp. Cấp điện áp thường dùng trong LĐPP trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV. Cấp điện áp thường dùng trong LĐPP hạ áp là 380/220V hay 220/110V. LĐPP có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như: Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu là điện áp). Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo ĐTC cung cấp điện cho phụ tải. Tỷ lệ điện năng bị mất (điện năng mất/tổng điện năng phân phối) do ngừng điện được thống kê như sau:  Do ngừng điện lưới 110kV trở lên : (0,1 - 0,3)x10-4.  Do sự cố lưới điện trung áp : 4,5x10-4.  Do ngừng điện kế hoạch lưới trung áp: 2,5x10-4.  Do sự cố lưới điện hạ áp : 2,0x10-4.  Do ngừng điện kế hoạch lưới hạ áp : 2,0x10-4. Điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong LĐPP chiếm 98%. Ngừng điện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân trung áp có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội. Chi phí đầu tư xây dựng LĐPP chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải). Tổn thất điện năng trong LĐPP lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống. LĐPP gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũng rất quan trọng. Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng: Theo đối tượng và địa bàn phục vụ:  LĐPP thành phố.  LĐPP nông thôn.  LĐPP xí nghiệp. 4 Theo thiết bị dẫn điện:  LĐPP trên không.  LĐPP cáp ngầm. Theo cấu trúc hình dáng:  LĐPP hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn.  LĐPP kín vận hành hở.  Hệ thống phân phối điện. Tóm lại, do tầm quan trọng nên LĐPP được quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành. Các tiến bộ khoa học thường được áp dụng vào việc điều khiển vận hành LĐPP trung áp. Sự quan tâm đến LĐPP trung áp còn được thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các công trình nghiên cứu khoa học được công bố trên các tạp chí khoa học. 1.1.2. Phần tử của LĐPP. Các phần tử của LĐPP 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: Máy cắt, DCL, cầu chì, chống sét van, áp tô 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 ĐTC: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc DCL phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế 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 toán kỹ thuật. Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù, ...) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của LĐPP. Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không 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. 5 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: DCL, 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 LĐPP 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 có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử lưới không làm việc để LĐPP vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất. 1.2. Tổng quan về ĐTC. 1.2.1. Các khái niệm về ĐTC. ĐTC là xác suất để đối tượng (hệ thống hay phần tử) hoàn thành nhiệm vụ chức năng cho trước, duy trì được giá trị các thông số làm việc đã được thiết lập trong một giới hạn đã cho, ở một thời điểm nhất định, trong những điều kiện làm việc nhất định. ĐTC luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể trong một khoảng thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định. Ta thấy xác suất là một đại lượng thống kê nên đối với hệ thống (hay phần tử) không phục hồi, ĐTC là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống (hay phần tử). Còn đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt buộc nữa vì hệ thống làm việc liên tục. Do đó ĐTC được đo bởi một 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 không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng. Vậy Đối với phần tử không phục hồi ta chỉ xét đến sự kiện sự cố xảy ra lần đầu tiên. Ở phần tử có phục hồi phải xét quá trình xảy ra và sửa chữa sự cố. Sau khi sửa chữa giả thiết trạng thái thiết bị như mới. Trong quá trình vận hành mỗi phần tử ở một trong hai trạng thái: làm việc hoặc sự cố (ở tình trạng sửa chữa). 1.2.2. ĐTC của phần tử ĐTC của phần tử có ý nghĩa quyết định ĐTC của hệ thống. Các khái niệm cơ bản về ĐTC của phần tử cũng đúng cho hệ thống. Do đó nghiên cứu kỹ những 6 khái niệm cơ bản về ĐTC của phần tử là điều rất cần thiết. Ở đây sẽ xét cụ thể ĐTC của phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi. 1.2.2.1. Phần tử không phục hồi Phần tử không phục hồi chỉ làm việc cho đến lần 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 (là đại lượng ngẫu nhiên), vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không biết trước. a. Thời gian vận hành an toàn . Giả sử ở thời điểm t = 0 phần tử bắt đầu làm việc và đến thời điểm t = phần tử bị sự cố, khoảng thời gian t = được gọi là thời gian làm việc an toàn của phần tử. là một đại lượng ngẫu nhiên có thể nhận mọi giá trị trong khoảng 0 . Giả thiết trong khoảng thời gian khảo sát t, phần tử xảy ra sự cố với xác suất Q(t). Khi đó ta có hàm phân bố: Q(t) = P { < t} (1.1) Nghĩa là phần tử bị sự cố trong khoảng thời gian t vì P{ < t} là xác suất phần tử làm việc an toàn trong khoảng thời gian nhỏ hơn khoảng thời gian khảo sát t. Giả thiết Q(t) liên tục và tồn tại một hàm mật độ xác suất q(t) được xác định theo biểu thức sau: dQ(t) dt q(t) q(t) = lim Δt 1 P(t Δt 0 (1.2) τ t Δt) (1.3) Từ đó ta có: t Q(t) q(t) dt (1.4) 0 Q(0) = 0 ; Q( ) =1 b. ĐTC của phần tử Bên cạnh hàm phân phối Q(t) mô tả xác xuất sự cố của phần tử, thường sử dụng hàm P(t) để mô tả ĐTC của phần tử theo định nghĩa: P(t) = 1-Q(t) = P( > t) (1.5) Như vậy P(t) là xác suất để phần tử vận hành an toàn trong khoảng thời gian t, vì thời gian làm việc an toàn của phần tử > t Từ (1.5) và (1.6) ta có: 7 P(t) q(t)dt t P ' (t) Từ đó ta có : Q( (1.6) q(t) ) =1 ; P( ) = 0. Đồ thị xác suất P(t) và Q(t) được vẽ trên hình (1.1) ( 1.7) Hình 1.1 Đồ thị xác suất c. Cường độ sự cố (t) (t) là một trong những khái niệm cơ bản quan trọng khi nghiên cứu ĐTC. Với t đủ nhỏ thì (t). (t) chính là xác suất để phần tử đã phục vụ đến thời điểm t sẽ bị sự cố trong khoảng thời gian t tiếp theo. Hay nói cách khác đó là số lần sự cố trong một đơn vị thời gian trong khoảng thời gian t. λ(t) = lim Δt P(t < 1 P(t τ Δt 0 t Δt)/τ t) (1.7) t+ t / > t ): Là xác suất để phần tử bị sự cố trong khoảng thời gian từ t đến (t+ t) với điều kiện phần tử đó đã làm việc tốt đến thời điểm t. Gọi A là sự kiện phần tử bị sự cố trong khoảng thời gian từ t đến t. B là sự kiện phần tử đã làm việc tốt đến thời điểm t. Theo lý thuyết xác suất, xác suất giao giữa 2 sự kiện A và B là: P(A B) = P(A).P(B/A) = P(B).P(A/B) Hay là : P(A/B) = P(A B) P(B) Vì B A nên A B = A P(A/B) = P(A) P(B) 8 Như vậy ta có: P(t < t+ t/ > t ) = P(t τ t Δt) P(τ t) 1 P(t τ t Δt) . Δt P(τ t) 0 λ(t) lim Δt λ(t) lim Δt 1 .P(t Δt τ 1 t Δt). P(τ t) 0 (t) = q(t) q(t) P(t) 1 Q(t) (1.8) Công thức (1.9) cho ta quan hệ giữa 4 đại lượng: Cường độ sự cố (t), hàm mật độ q(t), hàm phân bố Q(t), và ĐTC P(t). Theo (1.7) ta đã có : P’(t) = - q(t) = - (t).P(t) => dP(t) dt λ(t).P(t) dP(t) λ(t).dt P(t) t dP(t) t λ(t).dt lnP(t) lnP(0) lnP(t). P(t) 0 0 Vì lnP(0) = 0 (do P(0) = 1) t λ(t)dt (1.9) P(t) e 0 Đây là công thức cơ bản cho phép tính được ĐTC của phần tử không phục hồi khi đã biết cường độ sự cố, còn cường độ sự cố này được xác định nhờ phương pháp thống kê quá trình sự cố của phần tử trong quá khứ. Đối với HTĐ thường sử dụng điều kiện: = hằng số (t) = P(t) = e- t Do đó: Q(t) = 1-e- t q(t) = .e- t Một trong những lĩnh vực cần quan tâm khi nghiên cứu ĐTC của phần tử (hoặc của hệ) là xác định quan hệ của cường độ sự cố theo thời gian. 9 Theo nhiều số liệu thống kê thấy rằng quan hệ của cường độ sự cố với thời gian thường có dạng như hình vẽ sau: Hình 1.2 Đường cong cường độ sự cố Đường cong cường độ sự cố được chia làm 3 giai đoạn (hình 1.2a). Giai đoạn I: Mô tả giai đoạn chạy thử của phần tử. Những sự cố ở giai đọan này thường do chế tạo, vận chuyển. Tuy giá trị (t) ở giai đoạn này cao nhưng thời gian kéo dài nhỏ. Nhờ chế tạo và nghiệm thu có chất lượng, giá trị cường độ sự cố trong giai đoạn này có thể giảm nhiều. Giai đoạn II: Mô tả giai đoạn sử dụng bình thường của phần tử. Đây cũng là giai đoạn chủ yếu của tuổi thọ phần tử. Ở giai đoạn này, các sự cố thường xảy ra ngẫu nhiên, đột ngột do nhiều nguyên nhân khác nhau, vì vậy thường giả thiết cường độ sự cố bằng hằng số. Giai đoạn III: Mô tả giai đoạn làm việc của phần tử khi đã già cỗi. Khi này những sự cố thường xảy ra ngẫu nhiên còn do tính tất yếu của hiện tượng thoái hoá, già cỗi. Giá trị cường độ sự cố trong giai đoạn này là hàm tăng theo thời gian (xảy ra sự cố khi t tiến đến vô cùng). Đối với các phần tử phục hồi như ở hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hóa nên (t) luôn là hàm tăng nên phải áp dụng các biện pháp bảo dưỡng định kỳ để phục hồi ĐTC của phần tử. Sau khi bảo dưỡng định kỳ, phần tử lại có ĐTC như ban đầu. Bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ sự cố có giá trị quanh một giá trị trung bình tb (h 1.2b). Khi xét khoảng thời gian dài ta có thể xem: (t) = tb = const để tính toán ĐTC. Tổng quát có thể hình dung quan hệ (t) theo thời gian như là sự hợp thành của hai quá trình mâu thuẫn (1) và (2) diễn ra đối với phần tử (hình 1.2a). 10 Quá trình biểu diễn bằng đường (1) trên hình vẽ mô tả các kết quả điều khiển, quản lý, sửa chữa phần tử, nhằm mục đích làm giảm cường độ sự cố, kéo dài tuổi thọ cho phần tử. Quá trình biểu diễn bằng đường (2) trên hình vẽ mô tả kết quả tác động của ngoại cảnh đến phần tử, dẫn đến làm tăng cường độ sự cố lên, giảm tuổi thọ và làm tan rã phần tử. d. Thời gian trung bình làm việc an toàn của phần tử Tlv Tlv được định nghĩa là giá trị trung bình của thời gian làm việc an toàn dựa trên số liệu thống kê về của nhiều phần tử cùng loại, nghĩa là Tlv là kỳ vọng toán của đại lượng ngẫu nhiên : T lv E[τ[ d P(t)dt dt 0 t 0 T lv Nếu (t) = T lv 0 tdP(t) 0 P(t).t 0 P(t)dt P(t)dt 0 (1.11) 0 = const thì P(t) = e - e λt dt (1.10) 0 P ' (t)tdt T lv t.q(t)dt 1 e λt d( λt) λ0 t (phân bố mũ) 1 λt e 0 λ 1 λ T lv (1.12) Khi đó ĐTC của phần tử không phục hồi có dạng: t P(t) = e T lv (1.13) 1.2.2.2. Đối với phần tử có phục hồi Vì đặc biệt trong hệ thống điện phần lớn các phần tử là phục hồi, nên ta tiếp tục xét một số đặc trưng ĐTC của phần tử có phục hồi. Đối với những phần tử có phục hồi, trong thời gian sử dụng, khi bị sự cố sẽ được sửa chữa và phần tử được phục hồi. Trong một số trường hợp để đơn giản thường giả thiết là sau khi phục hồi phần tử có ĐTC bằng khi chưa xảy ra sự cố. Những kết luận ở mục trên ta đã xét đều đúng với phần tử có phục hồi khi sự làm việc của nó trong khoảng thời gian đến lần sự cố đầu tiên. Nhưng khi xét sau lần phục hồi đầu tiên sẽ phải dùng những mô hình khác. Những chỉ tiêu cơ bản về ĐTC của phần tử phục hồi: a. Thông số dòng sự cố