Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẠM THỊ VƢƠNG TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG
CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC
THIẾT BỊ PHÂN ĐOẠN
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số:60520202


Phạm Thị Vƣơng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC

Trang
TRANG PHỤ BÌA……………………………………………………………
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii
MỞ ĐẦU 1
1.Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài 1
2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi áp dụng 1
2.1. Đối tượng nghiên cứu 1
2.2. Phạm vi áp dụng 2
2.3. Áp dụng cụ thể 2
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài 2
3.2. Tính thực tiễn của đề tài 2
4. Phương pháp nghiên cứu 2

2.2.4.2. Ma trận đường nối D(nxn) 18
2.2.4.3. Ma trận liên hệ giữa nguồn chính S với các khu vực khi có một khu vực bị sự
cố A
s
(nxn) 19
2.2.4.4. Ma trận ảnh hưởng thiết bị phân đoạn C(i, j) và R
pd
(i, j) 19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.3. Tính toán độ tin cậy cung cấp điện 21
2.3.1. Lưới điện hình tia không có nguồn dự phòng 21
2.3.2. Lưới điện hình tia có nguồn dự phòng 22
2.4. Ví dụ ứng dụng tính toán độ tin cậy cung cấp điện 24
2.4.1. Sơ đồ và số liệu ban đầu 24
2.4.2. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau 27
2.4.2.1. Tính toán ĐTC không xét tới nguồn dự phòng 27
2.4.2.2. Tính toán ĐTC có xét tới các nguồn dự phòng 31
2.5. Kết luận chương 2 33
Chƣơng 3. TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI THUỘC LỘ 372 E6.8 THÁI
NGUYÊN 35
3.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội 35
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên: 35
3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội 35
3.2. Đặc điểm lưới điện tỉnh Thái Nguyên 35
3.2.1. Đường dây 110kV: 35
3.2.2. Trạm 110kV 37
3.2.3. Lưới trung áp: 38


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CCĐ
DCL
DCLTĐ
ĐDSCA
ĐTC
ĐTCCCĐ
HTĐ
HTCCĐ
LĐPP
MC
NMĐ
TBA
TBĐC
TBPĐ : Cung cấp điện
: Dao cách ly
: Dao cách ly tự động

Bảng 3.1: Số liệu nút phụ tải 43
Bảng 3.2: Số liệu nhánh 46
Bảng 3.3: Số liệu máy biến áp 49
Bảng 3.4. Điện áp các nút trên lưới 35 kV 51
Bảng 3.5. Điện áp các nút hạ áp 0,4 kV 52
Bảng 3.6.Thống kê dòng điện tính toán trên các nhánh 53
Bảng 3.7: Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 56
Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC 68
Bảng 3.9 : Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 72
Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC 84
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1.Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối 14
Hình 2.2. Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu 15
Hình 2.3. Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian 16
Hình 2.4. Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực 17

nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì không những không đưa lại hiệu
quả kinh tế mà còn gây thiệt hại, ảnh hướng lớn đến các hoạt động và an sinh xã hội.
Chính vì vậy ngành điện cần phải có phương pháp tính toán thích hợp để đánh giá độ
tin cậy cung cấp điện.
Với đề tài: “Tính toán phân tích độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và
đánh giá hiệu quả của các thiết bị phân đoạn ” luận văn mong muốn đóng góp một
phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tính toán đánh giá độ tin cậy
cung cấp điện, nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng điện tin cậy cho từng hộ tiêu thụ điện.
2. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi áp dụng
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu lưới điện phân phối (LĐPP) có sơ đồ phức tạp (hình tia, lưới kín vận
hành hở), xét đến các nguồn dự phòng, các phương tiện đóng cắt tự động loại trừ
sự cố

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.2. Phạm vi áp dụng
Kết quả nghiên cứu nhằm áp dụng vào thực tế các LĐPP của Việt Nam.
2.3. Áp dụng cụ thể
Dự kiến áp dụng phương pháp nghiên cứu tính toán với lộ 372E6.8 thuộc sơ
đồ lưới điện của điện lực Thái nghuyên.
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Luận văn đi sâu nghiên cứu, phát triển phương pháp đồ thị giải tích tính ĐTC
CCĐ nhằm xét đến hiệu quả của các thiết bị đóng cắt tự động loại trừ nhanh sự cố,
nâng cao độ tin cậy cho hệ thống.
- Nghiên cứu, khai thác phần mềm CONUS để phân tích hiện trang LĐPP và
đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho một số sơ đồ thực tế.
3.2. Tính thực tiễn của đề tài
Các kết quả nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng đối với việc đánh giá độ tin

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Chƣơng 1
TỔNG QUAN CÁC CHỈ TIÊU TIN CẬY VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NÓI CHUNG VÀ
ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NÓI RIÊNG
1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện
1.1.1. Hệ thống điện và các phần tử
+ Hệ thống nói chung: là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc
nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong
hoạt động. Bản thân các phần tử có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một
hệ thống.

nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngày càng tốt hơn.
Mặt khác độ tin cậy là chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt là
khi xuất hiện hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong
các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
Các phần tử của lưới điện như là: đường dây, máy biến áp, thiết bị đóng cắt mà
độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ tin cậy
của lưới điện.
Các phần tử của HTCCĐ trong vận hành đều có thể bị hỏng bất ngờ. Khả năng
này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t). Trong nghiên cứu ĐTC lưới điện,
thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng giá trị trung bình của
λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong năm.
Ta có: λ = 1 / T
lv
(lần/năm),
Trong đó, T
lv
là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt.
Các phần tử hỏng hóc có thể được sửa chữa, phục hồi lại sự làm việc bình
thường với hệ thống sau một thời gian. Khi đó phần tử được gọi là phần tử có phục
hồi.
Các phần tử của hệ thống điện là các phần tử có phục hồi. Khi bị hỏng, nó
được sửa chữa sau đó lại tiếp tục vận hành. Gọi thời gian sửa chữa sự cố là T
h
, ta có
cường độ phục hồi A như sau:

h
T
A
1

Mặc dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện
để thể hiện độ tin cậy của hệ thống. Do đó người ta đưa ra hàng loạt các chỉ tiêu khác
nhau, liên quan đến các đại lượng cần quan tâm.
- Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống ( System average
interruption frequency index - SAIFI)
Chỉ số SAIFI cho biết thông tin về tần suất trung bình các lần mất điện duy trì
trên mỗi khách hàng (KH) của một vùng cho trước, liên quan đến số lần mất điện của
một khách hàng dùng điện trong một năm.
SAIFI =
Tổng số khách hàng bị mất điện
=
i
ii
N
N.

Tổng số khách hàng
SAIFI (Số lần/phụ tải.năm)
Trong đó:
i
là cường độ mất điện
N
i
là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

- Thời gian mất điện trung bình của hệ thống ( System average interruption
duration index – SAIDI). Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của
hệ thống trong một năm.

là thời gian mất điện trung bình hàng năm.
N
i
là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i.

i
là cường độ mất điện
Chỉ tiêu CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình trong một năm cho một
khách hàng dùng điện.

- Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình của hệ thống
( Average service availability index- ASAI )
ASAI =
Tổng thời gian KH được cấp điện
=
8760
8760
i
imdii
N
NTN

Tổng thời gian KH có nhu cầu
+ Độ không sẵn sàng cung cấp điện trung bình
(Average service unavailability index- ASUI)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 8760*

+ Điện năng ngừng CCĐ cho HTCCĐ:
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới HTCCĐ, chỉ điện năng ngừng CCĐ của HTCCĐ trong
năm, đơn vị tính kWh/năm. Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể
đánh giá chung được ĐTC của toàn HTCCĐ về phương diện thỏa mãn nhu cầu điện
năng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện
1.2.1. Đặc điểm của hệ thống điện về mặt độ tin cậy
- HTĐ có nhiều phần tử, các phần tử rất đa dạng, có nhiều trạng thái làm việc
và có thể phục hồi được.
- Mối liên hệ giữa các phần tử trong HTĐ là phức tạp.
- Hệ thống điện có nhiều trạng thái làm việc, mỗi trạng thái tương ứng với mức
độ hoàn thành công việc khác nhau.
- Hệ thống điện là hệ thống có dự phòng về: công suất, năng lượng sơ cấp, số
phần tử và khả năng tải của chúng, sơ đồ nối dây.
1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện
- Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới
điện về phát nóng, dự trữ năng lượng sơ cấp, dự trữ công suất nguồn, về tổn thất điện
áp, về ổn định tĩnh và ổn định động, dự trữ thiết bị thay thế.
- Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển tự động và điều chỉnh chế độ
ngày càng hoàn thiện.
- Sử dụng các thiết bị điện có chất lượng cao, các thiết bị hiện đại, không phải
bảo quản định kỳ, có khả năng điều khiển từ xa.
- Tổ chức tốt hệ thống quản lý và vận hành.
- Không ngừng nâng cao khả năng vận hành của các cán bộ, kỹ sư, công nhân
vận hành.
1.2.3. Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện
a. Nâng cao năng lực thông qua một số phần tử yếu

đổi nối và các phần tử còn lại không bị hỏng hóc có thể tiếp tục làm việc.
+ Tự động đóng dự phòng: Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện là đặt các phần tử dự phòng trong hệ thống điện. Để đưa phần tử dự
phòng vào làm việc nhanh chóng và an toàn thường đặt các thiết bị tự động đóng dự
phòng. Trong trường hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị tự động đóng
dự phòng sẽ đóng nguồn cung cấp dự phòng.
+ Tự động điều chỉnh điện áp: Điện áp là một trong hai chỉ tiêu cơ bản của chất
lượng điện năng. Nếu đặt điện áp vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định
mức của phụ tải yêu cầu thì ít hay nhiều tình trạng làm việc của thiết bị sẽ trở nên
không tốt, làm giảm tuổi thọ, tăng xác suất hỏng thiết bị, vì vậy tự động điều chỉnh
điện áp là một biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

+ Tự động đóng trở lại:Thực chất của tự đóng lại là khi một phần tử của hệ
thống cung cấp điện bị tự động ngắt ra, sau một thời gian xác định nào đó được
đóng trở lại vào điện áp (nếu như không bị cấm đóng trở lại) và nếu như nguyên
nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn nữa thì phần tử có thể tiếp tục làm việc trở
lại.
1.2.4. Nghiên cứu biện pháp nâng cao ĐTC CCĐ trong phạm vi luận văn
Trong phạm vi luận văn, tác giả dùng biện pháp sử dụng thiết bị phân đoạn như
dao cách ly hoặc máy cắt được xem xét nghiên cứu để nâng cao độ tin cậy của hệ
thống cung cấp điện. Đối với lưới điện phân phối hiện tại, các thiết bị đóng cắt được
sử dụng phổ biến với mục đích cách ly sự cố, đảm bảo an toàn trong công tác vận
hành, bảo dưỡng thay thế thiết bị, do đó việc bố trí thiết bị đóng cắt nhằm mục đích
nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất điện năng do ngừng cung cấp điện sự cố hoặc
ngừng điện công tác chưa được chú ý xem xét.
1.3. Tổng quan về các phƣơng pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện
Tùy theo mục đích và phạm vi nghiên cứu, để tính toán ĐTC của HTĐ nói
chung và độ tin cậy cung cấp điện nói riêng mà người ta đã đưa ra các phương pháp

+ Nhánh được thể hiện bằng các khối mô tả trạng thái tốt của các phần tử của
HTĐ.
Phương pháp đồ thị-giải tích áp dụng rất hiệu quả cho các bài toán độ tin cậy
lưới điện. Trong ([8], [10]) đã áp dụng khá hiệu quả phương pháp đồ thị - giải tích để
đánh giá ĐTC cho HTCCĐ có cấu trúc phức tạp.
1.3.4. Phƣơng pháp cây hỏng hóc.
Phương pháp cây hỏng hóc 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.
Phương pháp cây hỏng hóc cũng mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa
các phần tử và từng mảng của hệ thống một cách rõ nét, giữa các hỏng hóc cơ bản và
hỏng hóc đỉnh mà ta đang khảo sát.
Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với bài toán độ tin cậy của nhà máy
điện, sơ đồ bảo vệ, điều khiển
Qua đây ta thấy nhìn chung các phương pháp tính toán ĐTC của HTĐ phức tạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

đều có những ưu, nhược điểm riêng của nó, do đó việc lựa chọn phương pháp tính
toán phụ thuộc vào nhiệm vụ và yêu cầu do bài toán đặt ra. Hơn nữa, trong những
điều kiện cụ thể người nghiên cứu luôn luôn phải vận dụng và phát triển phương pháp
ở mức độ nhất định trước khi áp dụng tính toán cho sơ đồ thực tế.
Trong luận văn này tác giả sẽ đi sâu tìm hiểu và áp dụng phương pháp đồ thị -
giải tích nhằm tính toán ĐTC của HTCCĐ. Đặc điểm của lưới điện này là có sơ đồ
hình tia và có thiết bị phân đoạn.
Các nội dung của phương pháp này được trình bầy riêng ở chương 2.

thể sử dụng thêm nguồn dự phòng ,như hình 2.1. Hình 2.1.Nguồn dự phòng trong lƣới điện phân phối
Tuy nhiên ĐTC CCĐ thực tế nhận được cho mỗi khách hàng không giống
nhau, phụ thuộc hàng loạt yếu tố như:
- Vị trí phụ tải (khách hàng) trên sơ đồ;
- Cấu trúc LĐPP, trong đó có các thiết bị phân đoạn;
- Giới hạn công suất hỗ trợ từ nguồn dự phòng là lưới điện lân cận và vị trí kết
nối của nguồn này sang lưới đang xét, ĐTC CCĐ của chính nguồn này tính đến điểm
kết nối.
- Thời điểm xảy ra sự cố (tương ứng với tổng phụ tải tiêu thụ lớn hay bé).
TC hạ áp
trạm 110 kV
1
2

3
4
5
9
10
11
16

Luận văn tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan đến ĐTC CCĐ cho các hộ
phụ tải trong hệ thống cung cấp điện khu vực (thuộc LĐPP), do đó các nội dung tính
toán ĐTC cũng tập trung chủ yếu vào sơ đồ hình tia với cấu trúc kín vận hành hở.
2.2. Mô hình bài toán và cơ sở phƣơng pháp tính
2.2.1. Mô tả bài toán
Lưới điện được đưa vào xem xét, tính toán ĐTC CCĐ bao gồm: các khách hàng
(phụ tải), thanh cái cung cấp công suất vô cùng lớn, các nguồn điện dự phòng, các
thiết bị phân đoạn (TBPĐ) đặt tại một số vị trí trên các mạch đường dây (hình 2.2).
Hình 2.2. Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu
Bài toán đặt ra là: cho trước cấu trúc HTCCĐ, biểu đồ phụ tải, cường độ hỏng
hóc/phục hồi của các phần tử, thời gian thao tác của các TBPĐ , cần tính các chỉ
tiêu ĐTC cung cấp điện cho các phụ tải và các chỉ tiêu chung cho HTCCĐ.
2.2.2. Mô hình nguồn và phụ tải
a. Nguồn điện:
Các khách hàng có thể được cung cấp từ các NMĐ, trạm biến áp trung gian
110kV/22(35)kV, nguồn điện phân tán ( thủy điện nhỏ, diesel…). Nguồn điện được
25
26
27
28
TC hạ áp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

phân thành hai loại
- Nguồn chính, có công suất cung cấp không giới hạn (đủ cho nhu cầu phụ tải)
như NMĐ, trạm BA trung gian 110/22(35)kV, ký hiệu là S.
- Nguồn dự phòng có công suất hữu hạn hoặc không giới hạn, được ký hiệu là
S
k
(k- số hiệu nguồn). Các nguồn dự phòng cần được cho trị số giới hạn công suất,
ĐTC sẵn sàng làm việc, thời gian khởi động
b. Phụ tải
Xác xuất xảy ra sự cố phân bố đều theo thời gian nên về nguyên tắc, các tính toán
thiếu hụt công suất cần được thực hiện với toàn bộ thời gian theo biểu đồ phụ tải ngày tự
nhiên. Tuy nhiên, với mục đích xác định khoảng thời gian tổng bị thiếu công suất, có thể
tính toán gần đúng theo biểu đồ thời gian kéo dài. Hơn nữa, để thuận lợi quy ra chỉ tiêu
ĐTC năm, có thể xây dựng và tính toán trực tiếp theo biểu đồ phụ tải năm kéo dài, bằng
cách nhân thời gian (theo biểu đồ ngày) với số ngày trong năm.
Hình 2.3. Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian
Từ biểu đồ phụ tải ngày kéo dài có thể xác định thêm một số thông số sau:
- Hệ số phụ tải trung bình:
24