Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện thành phố quy nhơn hướng tới mô hình lưới điện thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TƢỚNG HOÀNG UYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ QUY NHƠN HƯỚNG TỚI MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Bình Định - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TƢỚNG HOÀNG UYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ QUY NHƠN HƯỚNG TỚI MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. NGUYỄN DUY KHIÊM Bình Định - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Duy Khiêm. Các kết quả đƣợc nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình hay phƣơng tiên thông tin nào. Tác giả luận văn Tƣớng Hoàng Uyên ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Duy Khiêm ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng khoa học, dành nhiều thời gian quý báu và nhiều tâm huyết để giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Phòng Đào tạo Sau đại học, quý lãnh đạo Khoa Kỹ thuật Công nghệ và quý thầy cô bộ môn đã tận tình truyền thụ kiến thức cho tôi và các bạn đồng khóa. Qua đây tôi cũng xin cảm ơn quý Khoa, quý Phòng, quý thầy cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn Ban cán sự lớp Cao học Kỹ thuật điện khóa 24A và các bạn trong lớp đã luôn quan tâm chia sẻ, hết lòng giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Tôi cũng vô cùng biết ơn những ngƣời nghiên cứu trƣớc đây với những công trình có liên quan đến đề tài luận văn, đã đƣợc trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo. Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ, cảm ơn vợ và hai con trai đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cả về vật chất và tinh thần cho con. Đó chính là nguồn động lực to lớn để con vƣợt qua đƣợc những khó khăn và hoàn thành luận văn này. Tác giả luận văn Tƣớng Hoàng Uyên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 3 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................ 3 CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 5 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI [8] ......................................................................................................... 5 1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy ......................................................................... 5 1.1.1. Cở sở nghiên cứu về độ tin cậy ..................................................................... 5 1.1.2. Định nghĩa và một số thuật ngữ về độ tin cậy .............................................. 6 1.2. Các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện ........................................................ 12 1.2.1. Các thông số liên quan đến việc tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện ..................................................................................................................... 12 1.2.2. Các chỉ tiêu mất điện kéo dài đối với hộ tiêu thụ ....................................... 13 1.2.3. Các chỉ tiêu độ tin cậy dựa trên công suất phụ tải ...................................... 16 1.2.4. Các chỉ tiêu mất điện ngắn hạn đối với hộ tiêu thụ .................................... 16 1.3. Vai trò của lƣới điện phân phối trong hệ thống điện...................................... 17 1.3.1. Khái niệm: ................................................................................................... 17 1.3.2. Phân loại lƣới điện phân phối trung áp: ...................................................... 17 1.4. Đặc điểm chung của lƣới điện phân phối ....................................................... 19 1.4.1. Phần tử của lƣới điện phân phối trung áp ................................................... 19 1.4.2. Cấu trúc và sơ đồ của lƣới điện phân phối.................................................. 20 1.4.3. Độ tin cậy của lƣới điện phân phối ............................................................. 22 1.5. Lƣới điện phân phối khu vực thành phố Quy Nhơn ...................................... 22 iv 1.5.1. Cấu trúc lƣới điện khu vực thành phố Quy Nhơn ....................................... 22 1.5.2. Khối lƣợng đƣờng dây trung áp .................................................................. 23 1.5.3. Đặc điểm của phụ tải................................................................................... 23 1.5.4. Yêu cầu của phụ tải ..................................................................................... 24 1.5.5. Phƣơng thức vận hành cơ bản hiện tại ........................................................ 24 1.6. Một số vấn đề ĐTCCCĐ trong lƣới điện phân phối ...................................... 25 1.6.1. Sự cố ........................................................................................................... 25 1.6.2. Bảo trì bảo dƣỡng........................................................................................ 27 Tóm tắt Chƣơng 1 ..................................................................................................... 32 CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 34 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐTCCCĐ TRÊN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP KHU VỰC THÀNH PHỐ QUY NHƠN ........................................................................... 34 2.1. Các biện pháp nâng cao ĐTCCCĐ ............................................................. 34 2.1.1. Biện pháp kỹ thuật ...................................................................................... 34 2.1.2. Biện pháp đầu tƣ xây dựng, nâng cấp lƣới điện phân phối ........................ 34 2.2. Đề xuất đầu tƣ lƣới điện .............................................................................. 36 2.2.1. Đề xuất giải pháp đầu tƣ các thiết bị phân đoạn ......................................... 36 2.2.2. Đề xuất giải pháp đầu tƣ hệ thống DAS ..................................................... 39 2.3. Sự cần thiết phải đầu tƣ xây dựng .............................................................. 48 2.3.1. Về các thiết bị phân đoạn ............................................................................ 48 2.3.2. Về hệ thống DAS ........................................................................................ 49 2.4. Hiệu quả sau đầu tƣ ..................................................................................... 49 2.4.1. Hiệu quả dự kiến đầu tƣ các thiết bị phân đoạn:......................................... 49 2.4.2. Dự kiến hiệu quả đầu tƣ hệ thống DAS ...................................................... 50 Tóm tắt Chƣơng 2 ..................................................................................................... 50 CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 52 MÔ PHỎNG ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP KHU VỰC THÀNH PHỐ QUY NHƠN TRƢỚC VÀ SAU ĐẦU TƢ BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ................................................................................................... 52 3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT ............................................................. 52 v 3.2. Mô phỏng lƣới điện trƣớc và sau đầu tƣ bằng phần mềm PSS/Adept .... 53 3.2.1. Về đầu tƣ thay thế thiết bị phân đoạn thuộc XT 482/QNH2 ...................... 54 3.2.2. Mô phỏng trƣớc và sau khi đầu tƣ cải tạo đƣờng dây các xuất tuyến phục vụ hệ thống DAS ...................................................................................................... 61 3.3. Phân tích hiệu quả dự kiến về mặt kinh tế khi đầu tƣ lắp đặt các thiết bị phân đoạn và cải tạo lƣới điện trung áp khu vực thành phố Quy Nhơn .......... 92 Tóm tắt Chƣơng 3 ..................................................................................................... 94 CHƢƠNG 4 .............................................................................................................. 95 MỘT SỐ ĐỀ XUẤT VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH NHẰM ĐẢM BẢO TĂNG CƢỜNG ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN ............................................................ 95 4.1. Khái quát về lƣới điện thông minh ............................................................. 95 4.2. Lƣới điện thông minh với vấn đề đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. ..... 97 4.3. Đề xuất một số giải pháp đầu tƣ và xây dựng lƣới điện thông minh nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên địa bàn thành phố Quy Nhơn. ............ 99 4.3.1. Mạng lƣới hệ thống RF Spider ................................................................. 100 4.3.2. Hệ thống SCADA giám sát từ xa .............................................................. 104 4.3.3. Điều khiển thao tác từ xa các phân đoạn liên kết vòng để giảm thời gian thao tác sa thải và khôi phục lƣới điện. .................................................................. 108 Tóm tắt Chƣơng 4 ................................................................................................... 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 112 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐTCCCĐ Độ tin cậy cung cấp điện TBPĐ Thiết bị phân đoạn XT Xuất tuyến trung áp PĐ Phân đoạn đƣờng dây trung áp ĐVQLVH Đơn vị Quản lý vận hành MBA Máy biến áp lực MC Máy cắt DCL Dao cách ly EVNCPC Tổng Công ty Điện lực miền Trung Cột BTLT Cột bê tông ly tâm DAS Tự động hóa lƣới điện phân phối TTĐN Tổn thất điện năng SAIDI Thời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIFI Tần suất mất điện trung bình của hệ thống MAIFI Tần suất mất điện thoáng qua trung bình CAIFI Tần suất mất điện trung bình của hộ tiêu thụ CAIDI Thời gian mất điện trung bình của hộ tiêu thụ vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Tình hình mang tải các xuất tuyến trung áp năm 2021 ............................ 36 Bảng 2.2. Tốc độ tăng trƣởng phụ tải các xuất tuyến ............................................... 36 Bảng 2.3. Hạng mục đầu tƣ các phân đoạn XT 482/QNH2 và dự toán ................... 37 Bảng 2.4. Dự kiến mức đầu tƣ cải tạo đƣờng dây các xuất tuyến ............................ 48 Bảng 3.1. Phân tích hiệu quả về mặt kinh tế dự kiến sau khi đầu tƣ các xuất tuyến trung áp khu vực thành phố Quy Nhơn .................................................................... 91 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Biểu đồ thể hiện thời gian làm việc tin cậy của đối tƣợng đƣợc khảo sát.. 7 Hình 1.2 Hàm xác suất làm việc tin cậy và không tin cậy ......................................... 7 Hình 1.3. Đồ thị của hàm λ(t) ..................................................................................... 9 Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý vận hành hệ thống điện khu vực thành phố Quy Nhơn . 24 Hình 1.5. Hai trạng thái của phần tử: LV- làm việc, H- hỏng .................................. 28 Hình 1.6. Mô hình trạng thái .................................................................................... 30 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý xuất tuyến 482/QNH2 ................................................... 38 Hình 2.2. Biểu đồ thể hiện hiệu quả dự kiến đầu tƣ đƣờng dây 22 kV trục chính XT 472/QNH2 ................................................................................................................ 40 Hình 2.3. Biểu đồ thể hiện hiệu quả đầu tƣ dự kiến đƣờng dây 22 kV trục chính XT 474/QNH2 ................................................................................................................ 41 Hình 2.4. Biểu đồ thể hiện hiệu quả đầu tƣ dự kiến đƣờng dây 22 kV trục chính XT 481/QNH2 ................................................................................................................ 43 Hình 2.5. Biểu đồ thể hiện dự kiến hiệu quả đầu tƣ đƣờng dây 22 kV trục chính XT 475/QNH2 ................................................................................................................ 44 Hình 2.6. Biểu đồ thể hiện dự kiến hiệu quả đầu tƣ đƣờng dây 22 kV trục chính XT 482/QNH2 ................................................................................................................ 46 Hình 2.7. Biểu đồ thể hiện dự kiến hiệu quả đầu tƣ đƣờng dây 22 kV liên kết XT 473/QNH2 với XT481/QNH2 .................................................................................. 47 Hình 3.1. Biểu đồ mô phỏng dự kiến hiệu quả trƣớc và sau đầu tƣ XT 482/QNH2 60 Hình 3.2. Biểu đồ mô phỏng dự kiến hiệu quả trƣớc và sau đầu tƣ xuất tuyến 472/QNH2 ................................................................................................................ 66 Hình 3.3. Biểu đồ mô phỏng dự kiến hiệu quả trƣớc và sau khi đầu tƣ cải tạo xuất tuyến 474/QNH2....................................................................................................... 74 ix Hình 3.4. Biểu đồ mô phỏng hiệu quả dự kiến trƣớc và sau khi đầu tƣ cải tạo xuất tuyến 481/QNH2....................................................................................................... 80 Hình 3.5. Biểu đồ mô phỏng hiệu quả dự kiến trƣớc và sau khi đầu tƣ cải tạo xuất tuyến 475/QNH2....................................................................................................... 86 Hình 3.6. Biểu đồ mô phỏng hiệu quả dự kiến trƣớc và sau khi đầu tƣ cải tạo xuất tuyến 473/QNH2....................................................................................................... 91 1 MỞ ĐẦU 1.Lý do chọn đề tài Độ tin cậy cung cấp điện là chỉ tiêu đƣợc đánh giá nhằm mục đích từng bƣớc nâng cao khả năng cung cấp điện và thỏa mãn nhu cầu của khách hàng sử dụng điện. Đặc biệt đối với khu vực thành phố Quy Nhơn, yêu cầu về tính liên tục cấp điện là rất cao. Đề cƣơng luận văn này sẽ nghiên cứu giải pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khu vực thành phố Quy Nhơn, cụ thể là giảm thời gian mất điện trung bình của khách hàng (SAIDI) và số lần mất điện kéo dài trung bình của khách hàng (SAIFI). Trên cơ sở đó sẽ dần đƣa lƣới điện thành phố Quy Nhơn hƣớng tới lƣới điện thông minh, tự động phân đoạn sự cố với số khách hàng mất điện là nhỏ nhất, giảm thời gian tìm kiếm sự cố và nâng cao năng suất lao động. Lƣới điện khu vực thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định, thuộc địa bàn quản lý của Điện lực Quy Nhơn, Điện lực Phú Tài, thuộc khu vực ven biển với tổng số khách hàng sử dụng điện là 104.994, sản lƣợng điện tiêu thụ năm 2021 đạt mức 1.045.683.375kWh, chiếm 45% sản lƣợng của cả tỉnh Bình Định. Tại khu vực trung tâm thành phố Quy Nhơn và các doanh nghiệp thuộc các khu vực Khu kinh tế Nhơn Hội, Khu công nghiệp Long Mỹ, Khu công nghiệp Phú Tài, yêu cầu về sử dụng điện liên tục, đảm bảo chất lƣợng điện năng là vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu vì ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình sản xuất của doanh nghiệp và mức độ hài lòng của khách hàng về độ tin cậy cung cấp điện. Năm 2021, chỉ tiêu về thời gian mất điện trung bình (SAIDI) của Điện lực Quy Nhơn đạt 299 phút/khách hàng, số lần mất điện kéo dài trung bình (SAIFI) đạt 1,7 lần/khách hàng. Tuy năm 2021 khối lƣợng các công trình sửa chữa, đầu tƣ lƣới điện trên địa bàn khu vực nhiều, nhƣng việc các chỉ tiêu này đang ở mức cao (SAIDI cao hơn bình quân của Công ty Điện lực Bình Định 75 phút/khách hàng, SAIFI cao hơn bình quân của Công ty Điện lực Bình Định 0,17 lần/khách hàng, nhất là ở khu vực thành phố trung tâm, điều này thể hiện lƣới điện thành phố chƣa đƣợc tối ƣu, mức tự động hóa còn thấp. Trong những năm qua, Công ty Điện lực Bình Định đã quan tâm đầu tƣ lƣới điện phân phối do Điện lực Quy Nhơn quản lý nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp 2 điện. Tuy nhiên mức độ nghiên cứu chuyên sâu để lựa chọn phƣơng án đầu tƣ chƣa đƣợc phân tích cụ thể, tối ƣu. Các số liệu tính toán trƣớc và sau khi đầu tƣ chƣa đƣợc mô phỏng tính toán một cách chính xác, từ đó dẫn đến việc các hạng mục đầu tƣ còn chƣa thực sự đi vào trọng tâm, chƣa giải quyết triệt để đƣợc bài toán nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Mức độ an toàn cung cấp điện: hiện tại các XT đã đƣợc khép vòng qua các dao cắt có tải kiểu kin LBS-C, dao cắt có tải kiểu hở LBS-O, máy cắt đóng lặp lại recloser. Tuy nhiên mức độ tự động hoá chƣa cao, đối với các thiết bị không có điều khiển xa, phải mất thời gian để nhân viên vận hành đến vị trí thiết bị, nhận lệnh từ điều độ và thao tác bằng tay; hoặc đối với thiết bị có điều khiển xa, khi thao tác trên hệ thống SCADA tại TTĐK còn dựa vào kinh nghiệm là chủ yếu. Vì vậy chƣa tối ƣu đƣợc các chỉ tiêu ĐTC CCĐ khi xảy ra sự cố. Theo công văn số 8645/EVNCPC-KT+KH ngày 03/10/2020 của Tổng Công ty Điện lực miền Trung về việc lập kế hoạch bổ sung thiết bị phân đoạn để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện (ĐTCCCĐ), khu vực trung tâm thành phố phải đảm bảo chiều dài đƣờng dây trên 01 thiết bị phân đoạn (số km/TBPĐ) nằm trong khoảng 13km/TBPĐ đến năm 2025 và có ứng dụng DAS (Distribution Automation System – Tự động hóa lƣới điện phân phối), hƣớng tới mô hình lƣới điện thông minh. Thực tế vận hành hiện nay cho thấy số TBPĐ trên lƣới điện thành phố Quy Nhơn là 66 trên 294km chiều dài đƣờng dây trung áp (4,4km/TBPĐ); một số thiết bị không đáp ứng điều khiển xa, vị trí lắp đặt chƣa hợp lý, dẫn đến việc phân đoạn tự động lƣới điện trong trƣờng hợp sự cố hoặc cắt điện công tác với số khách hàng nhỏ nhất chƣa đƣợc tối ƣu. Trong bộ chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sản xuất kinh doanh của ngành điện, độ tin cây cung cấp điện và TTĐN là 02 chỉ tiêu hàng đầu đƣợc quan tâm. Vì vậy, việc nghiên cứu một số giải pháp nhằm nâng cao ĐTCCCĐ khu vực thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định là yêu cầu cần thiết và cấp bách, tăng mức làm lợi mua bán điện, làm nền tảng để phát triển ứng dụng DAS, góp phần quan trọng cho việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công ty Điện lực Bình Định. Trong bộ chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sản xuất kinh doanh của ngành điện, độ 3 tin cây cung cấp điện và TTĐN là 02 chỉ tiêu hàng đầu đƣợc quan tâm. Luận văn này sẽ tính toán, mô phỏng, đề xuất phƣơng án đầu tƣ các thiết bị phân đoạn (LBSC, recloser) có kết nối điều khiển từ xa với trung tâm điều khiển Công ty Điện lực Bình Định, giảm thời gian thao tác và tìm kiếm khi xảy ra sự cố trên lƣới điện, tăng mức làm lợi mua bán điện, làm nền tảng để phát triển ứng dụng DAS, hƣớng tới mô hình lƣới điện thông minh, góp phần quan trọng cho việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công ty Điện lực Bình Định. 2. Mục đích nghiên cứu Đề cƣơng này nghiên cứu thực trạng lƣới điện phân phối khu vực thành phố Quy Nhơn thông qua các thông số vận hành và kết quả sản xuất kinh doanh. Từ đó đƣa ra các giải pháp đồng bộ để nâng cao ĐTCCCĐ của khu vực. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Lƣới điện phân phối trung áp khu vực thành phố Quy Nhơn, cụ thể là lƣới điện trung áp 22kV. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vấn đề phân bố công suất, khả năng mang tải của đƣờng dây, xem xét điểm mở tối ƣu để hoán chuyển hoặc đầu tƣ mới thiết bị phân đoạn hợp lý. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Mô phỏng lƣới điện hiện có của Điện lực Quy Nhơn để xác định nguyên nhân chƣa tối ƣu về ĐTCCCĐ. Từ đó đề xuất phƣơng án đầu tƣ. - Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng và tính toán ĐTCCCĐ lƣới điện trung áp hiện trạng và lƣới điện sau đầu tƣ xây dựng khu vực thành phố Quy Nhơn. Phân tích, đánh giá và kết luận mức độ hiệu quả của phƣơng án đầu tƣ. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Đƣa ra hƣớng nghiên cứu tổng hợp lƣới điện phân phối, kết hợp các giải pháp về đầu tƣ, vận hành và kinh doanh trên lƣới điện phân phối. Nhằm tạo ra một cách nhìn tổng thể trong công tác nâng cao ĐTCCCĐ khu vực thành phố Quy Nhơn. - Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng các phần mềm, công cụ tính toán, mô phỏng 4 hiện đại trong thực tiễn cho việc nâng cao ĐTCCCĐ và vận hành lƣới điện phân phối trên địa bàn thành phố Quy Nhơn nói riêng và lƣới điện phân phối trên cả nƣớc nói chung, làm nền tảng cho việc phát triển lƣới điện thông minh trong tƣơng lai sau khi áp dụng các công nghệ thông tin và truyền thông. 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI [8] 1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy 1.1.1. Cở sở nghiên cứu về độ tin cậy Độ tin cậy (ĐTC) đã trở thành chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng của các công việc cũng nhƣ trong các hệ thống khác nhau. Lý thuyết độ tin cậy tồn tại và phát triển theo những hƣớng nhƣ sau: - Nghiên cứu cơ sở toán học về độ tin cậy: Nhằm đƣa ra những quy luật và những tính toán định lƣợng về độ tin cậy. Đây là hƣớng xuất phát để tạo nên khoa học về độ tin cậy. - Nghiên cứu thống kê về độ tin cậy: Nhằm thu thập dữ liệu, xử lý tín hiệu và đƣa ra những đặc trƣng thống kê về chỉ tiêu độ tin cậy. Dựa trên tính chất đám đông của số liệu thống kê, nhằm đƣa ra những yếu tố ảnh hƣởng đến những chỉ tiêu cơ bản về độ tin cậy. - Nghiên cứu bản chất vật lý về độ tin cậy: Nhằm khảo sát nguyên nhân sự cố, hiện tƣợng già cỗi, điều kiện môi trƣờng, độ bền vật liệu v.v... ảnh hƣởng đến độ tin cậy trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau. - Ngoài ra, mỗi ngành kỹ thuật đều xây dựng những phƣơng pháp hiệu lực để tính toán cùng những biện pháp hợp lý nhằm nâng cao độ tin cậy. Độ tin cậy bao gồm các vấn đề về lý thuyết và thực tế nhằm nghiên cứu những nguyên nhân, quy luật của sự cố, những phƣơng pháp tính toán để nâng cao độ tin cậy. Ngoài ra khi lựa chọn độ tin cậy của một hệ thống phải quan tâm đến yếu tố kinh tế để đạt đƣợc lời giải tối ƣu tổng thể. - Mô hình toán học đánh giá định lƣợng độ tin cậy dựa trên nền tảng lý thuyết xác suất vì các sự cố xảy ra với hệ là một sự kiện ngẫu nhiên, cũng nhƣ khoảng thời gian làm việc, khoảng thời gian cần thiết để sửa chữa sự cố v.v... đều là những sự kiện ngẫu nhiên. 6 1.1.2. Định nghĩa và một số thuật ngữ về độ tin cậy 1.1.2.1. Định nghĩa độ tin cậy Độ tin cậy là khả năng của đối tƣợng thực hiện đầy đủ chức năng của mình, đảm bảo các chỉ tiêu vận hành trong giới hạn cho trƣớc tƣơng ứng với điều kiện và chế độ sử dụng, chế độ bảo hành kỹ thuật, sửa chữa, tàng trữ và chuyên chở đã đƣợc xác định. Nhƣ vậy có thể nói độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định. Mức đo độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định. Xác suất này đƣợc gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử). Xác suất là đại lƣợng thống kê, do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống (hay phần tử). Đấy là đối với hệ thống (hay phần tử) không phục hồi. Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi nhƣ hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên tục. Do đó độ tin cậy đƣợc đo bởi một đại lƣợng 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 đƣợc tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt với tổng thời gian hoạt động. Ngƣợc lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất để hệ thống (hay phần tử) ở trạng thái hỏng. Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng đƣợc gọi chung là độ tin cậy) hoặc độ không sẵn sàng chƣa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ thể, do đó phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất. 1.1.2.2. Một số thuật ngữ về độ tin cậy - Khả năng làm việc: là trạng thái của đối tƣợng có thể thực hiện chức năng của mình, đảm bảo các thông số trong giới hạn đã đƣợc ghi trong tài liệu định mức kỹ thuật. - Hỏng hóc: là sự kiện phá hoại khả năng làm việc của đối tƣợng 7 - Xác suất làm việc tin cậy: là xác suất không xảy ra hỏng hóc trong giới hạn thời gian làm việc đã cho. Xác suất này có thể tính đƣợc cho khoảng thời gian (0, t) bất kỳ theo công thức sau: p(0,t) = p(t) = P(T ≥ t) Trong đó: T – đại lƣợng ngẫu nhiên đặc trƣng cho khoảng thời gian từ khi bắt đầu làm việc đến lần hỏng hóc đầu tiên (gọi là thời gian làm việc tin cậy). Hình 1.1. Biểu đồ thể hiện thời gian làm việc tin cậy của đối tƣợng đƣợc khảo sát Xác suất làm việc tin cậy là một trong những đặc trƣng định lƣợng quan trọng của sản phẩm. Đối lập với xác suất làm việc tin cậy là xác suất hỏng hóc. Hàm tin cậy p(t) giảm đơn điệu t = 0 → p(0) = 1 t = ∞ → p(∞) =0 p(t + Δt) ≤ p(t) Hình 1.2 Hàm xác suất làm việc tin cậy và không tin cậy Hàm p(t) của một đối tƣợng cho trƣớc có thể tìm đƣợc bằng phƣơng pháp thống kê (thực nghiệm) theo công thức đánh giá xác suất của sự kiện. p(t )  p* (t )  n(t ) N N – số đối tƣợng đƣợc khảo sát ở t = 0 n(t) – số đối tƣợng còn làm việc ở t (1.1) 8 Việc thử nghiệm cần phải tiến hành trong những điều kiện giống nhau sao cho hỏng hóc không phụ thuộc lẫn nhau. Mức chính xác của việc xác định xác suất làm việc tin cậy sẽ càng cao nếu số đối tƣợng đƣợc mang ra thử nghiệm càng lớn. Cho trƣớc các trị số t = ti khác nhau có thể tìm đƣợc bằng thực nghiệm các điểm p(t) tƣơng ứng và xây dựng đƣợc đồ thị của hàm p(t). - Xác suất hỏng hóc: của sản phẩm là xác suất của sự kiện đối lập (T < t) đƣợc xác định theo công thức sau: q(0,t) = q(t) = P(T - Xem thêm -