bộ giáo dục và đào tạo
tr-ờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------
THI VN LUN
NGHIấN CU PHNG PHP TNH TON, NH
GI TIN CY V CC GII PHP NNG CAO
TIN CY CA LI IN PHN PHI
TNH HNG YấN
chuyên ngành : hệ thống điện
luận văn thạc Sỹ K THUT
Hng dn khoa hc: PGS.Ts ng Quc Thng
hà nội : năm 2014
Luận Văn Tốt Nghiệp
MỤC LỤC
Trang bìa phụ.
Lời cam đoan.
Danh mục kí hiệu viết tắt.
Danh mục hình vẽ và bảng biểu.
Mở đầu .................................................................................................................1
Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối ....................... 3
1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối ............................................................. 3
1.1.1. Định nghĩa và phân loại .......................................................................3
2.3.2. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa................. 41
2.3.3. Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây........................................41
2.3.4. Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố.......................................................42
2.3.5. Đối với các TBA phân phối............................................................... 42
Chương 3: Đặc điểm tự nhiên và hiện trạng lưới điện trung áp tỉnh Hưng
Yên.........................................................................................................................43
3.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của tỉnh Hưng Yên........................................43
3.3.1. Đặc điểm tự nhiên........................................................................................43
3.3.2. Hiện trạng kinh tế xã hội............................................................................. 43
3.3.3. Định hướng phát triển các ngành đến năm 2015........................................45
3.2. Hiện trạng nguồn và lưới điện trung áp tỉnh Hưng Yên...................................46
3.2.1. Nguồn nhận.........................................................................................46
3.2.2. Lưới điện trung áp………………………….........................………..48
3.3. Quản lý vận hành lưới điện. …..................................................................…..53
Chương 4:Tính toán độ tin cậy cung cấp điện lưới điện trung áp tỉnh Hưng
Yên...........................................................................................................................................54
4.1 Tổng quan về phần mềm pss-adep.............................................................................54
4.1.1. Các chức năng cơ bản của phần mềm...................................................54
4.1.2. Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT………………….............…….…54
4.1.3. Dữ liệu phục vụ tinh toán. ....................................................................57
4.2. Tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên...............................63
4.3. Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên…................….….65
4.3.1. Thiệt hại do mất điện………………………………….……………..65
4.3.2. Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên..…………..67
4.4. Phân tích độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên………..…….........68
4.4.1. Khái quát độ tin cậy lưới điện phân phối miền Bắc…………...……68
SVTH: Thái Văn Luân
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014
Tác giả luận văn
Thỏi Vn Luõn
Lun Vn Tt Nghip
Danh mục các chữ viết tắt
TG
Trạm biến áp trung gian
KH
Khách hàng
TTĐN
Tổn thất điện năng
ĐTPT
Đồ thị phụ tải
BAPP
Biến áp phân phối
MBA
chì. ...................................................... .............................................................................. 31
Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt. ............................................33
Hình 2.5: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở. ........................................................................34
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống lưới điện song song.....................................................................38
Hình 4.1.Mµn h×nh giao diÖn ch-¬ng tr×nh PSS/ADEPT.........................................................56
Hình 4.2. Thiết lập thông số mạng lưới...................................................................................58
Hình 4.3. Hộp thoại network properties..................................................................................59
Hình 4.4. Hộp thoại thuộc tính nút Source ...........................................................................60
Hình 4.5. Hộp thoại thuộc tính nút tải....................................................................................60
Hình 4.6. Hộp thoại thuộc tính đoạn đường dây......................................................................61
H×nh 4.7. Hép tho¹i thuéc tÝnh m¸y biÕn ¸p............................................................................61
Hình 4.8. Hộp thoại thuộc tính nút tải điện năng.....................................................................62
Hình 4.9. Hộp thoại thuộc tính thiết bị đóng cắt ...................................................................62
Hình 4.10. Các chọn lựa cho các bài toán độ tin cậy cung cấp điện.......................................63
Hình 5.1: Sơ đồ bố trí chống sét van phía trước cầu chì tự rơi............................................74
Hình 5.2: Sơ đồ bố trí chống sét van phía sau cầu chì tự rơi...............................................75
SVTH: Thái Văn Luân
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm. ................................................7
Bảng 2.1: Xác suất xuất hiện số lần mất điện......................................................................26
Bảng 2.2 : Thông số của hệ thống. ......................................................................................29
Bảng 2.3: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải. .................................29
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.1...............................29
Bảng 2.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.2...............................31
Bảng 2.6: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.3...............................32
DCL……………………………………………………………………………….82
Bảng 5.7: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 479 E28.7 khi chưa lắp và có lắp
DCL……………………………………………………………………………….83
Bảng 5.8: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 971 E8.3 khi chưa lắp và khi lắp
DCL………………………………………………………………………………..83
Bảng 5.9: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 977 E8.3 khi chưa lắp và khi lắp
DCL……………………………………………………………………………….83
Bảng 5.10: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 973 E8.3 khi chưa lắp và khi lắp
DCL……………………………………………………………………………….84
Luận Văn Tốt Nghiệp
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nền kinh tế của Việt Nam ngày càng phát triển
dẫn đến nhu cầu sử dụng điện gia tăng rất lớn với yêu cầu độ tin cậy cung cấp
điện ngày càng cao. Luật đ i ệ n lực và những Nghị định của Chính phủ đã ra đời
quy định về hoạt đ ộng đ i ệ n lực và sử dụng điện, quy đ ịnh xử phạt vi phạm hành
chính trong lĩnh vực đ iện lực. Trong khi đ ó, hầu hết lưới đ iện phân phối của Việt
Nam hiện nay có kết cấu đ ơn giản, đ ộ tin cậy thấp chưa đ áp ứng được yêu cầu cung
cấp đ iện ngày càng cao của xã hội. Đã có rất nhiều đ ề tài nghiên cứu về đ ộ tin cậy
cung cấp đ iện, tuy nhiên những đ ề tài này chủ yếu được xây dựng trên cơ sở lý
thuyết mà chưa được áp dụng tính toán thực tế cho một lưới đ iện cụ thể. Việc nghiên
cứu phương pháp tính toán, đ ánh giá đ ộ tin cậy của một lưới đ iện phân phối cụ thể
dựa trên các số liệu thực tế vận hành là rất thiết thực, đ ể từ đ ó đ ưa ra các giải pháp
phù hợp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối, đáp ứng yêu cầu ngày
càng cao về cung cấp điện.
Từ những lý do đ ó, l u ậ n v ă n đã chọn đề tài "Nghiên cứu phương pháp tính
toán, đánh giá độ tin cậy và giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh
Hưng Yên”.
phối tỉnh Hưng Yên và áp dụng cho lưới điện phân phối nói chung.
Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè. Tác giả vô cùng
biết ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của Phó giáo sư Tiến sĩ Đặng Quốc Thống
trong thời gian làm luận văn.
Tác giả xin chân thành cám ơn Bộ môn Hệ thống điện, Viện điện, Viện
đào tạo Sau đại học và các thầy cô của trường đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp
đỡ, tạo mọi điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo điện lực Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi,
cung cấp các thông tin, tư liệu cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
SVTT: Thái Văn Luân
Page 2
Luận Văn Tốt Nghiệp
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI Đ I Ệ N 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.
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo độ tin cậy
cung cấp điện và chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do
điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc
vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối.
Lưới phân phối gồm lưới trung áp và lưới hạ áp. Cấp điện áp thường dùng trong
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: Máy cắt, dao cách ly, 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 độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng
nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly 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, ...
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 lưới điện phân phối.
SVTT: Thái Văn Luân
Page 4
Luận Văn Tốt Nghiệp
Page 5
Luận Văn Tốt Nghiệp
so với cấu trúc vận hành bình thường. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra
mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao
tác thuận lợi.
+ Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ
đồ vận hành. Ở cấu trúc này khi bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần lưới
phân phối phải ngừng điện. Đó là lưới phân phối hình tia không phân đoạn và hình
tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
+ Cấu trúc động không hoàn toàn: đ â yl à lưới điện phân phối có cấu trúc kín
vận hành hở. Trong cấu trúc này có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là cắt
điện để thao tác.
+ Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay
đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện.
Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung
cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện phân phối,
trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho
phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu
trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân
phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian
ngắn trong khi thao tác sơ đồ.
- Theo quy hoạch cấu trúc lưới điện phân phối có thể chia thành:
+ Cấu trúc phát triển: đ ó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang còn
tăng trưởng theo thời gian và trong không gian. Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ
đồ của nó được chọn theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển trong tương lai.
+ Cấu trúc bão hoà: đ ó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện cho phụ
11,5
15,7
69,0
11,9
16,2
Lưới điện phân phối trung áp
Lưới điện hạ áp
Tự khử hỏng hóc
Thời gian ngừng điện của lưới phân phối trung áp chiếm tỷ lệ cao nhất (69%),
đồng nghĩa lượng điện năng không cung cấp được cũng rất nhiều ảnh hưởng rất lớn đến
các hoạt động kinh tế xã hội.
- Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối 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 lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và
chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống.
- Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũng rất
quan trọng.
Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới điện phân phối nên lưới phân phối 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 lưới phân phối trung áp. Sự quan tâm đến
lưới phân phối 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.
1.2. 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
SVTT: Thái Văn Luân
- Do hoạt động của hệ thống:
+ Do trạng thái của hệ thống: độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải, ...
+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện.
- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào
đất, hoả hoạn, phá hoại, ....
SVTT: Thái Văn Luân
Page 8
Luận Văn Tốt Nghiệp
Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy
hiểm và lan rộng do lụt, bão, khi đó các đơn vị điện lực không đủ người, phương tiện,
máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức
tạp.
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. Các
khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống. Do đó
nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần
thiết.
1.2.3.1. Phần tử không phục hồi.
Phần tử không phục hồi chỉ làm việc 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 T là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên
không biết trước.
Ta có hàm phân bố là FT(t) 1 :
FT(t) = P (T>t)
(1.1)
Page 9
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng cơ bản của mỗi đại lượng ngẫu
nhiên. Bây giờ ta xét các đại lượng cơ bản khác đặc trưng cho độ tin cậy của phần tử.
- Độ tin cậy R(t).
Theo định nghĩa độ tin cậy thì hàm tin cậy R(t) có dạng:
R(t) = P (T > t)
(1.4)
P (T > t) là xác suất để thời gian phục vụ lớn hơn t, cũng tức là hỏng hóc xảy
ra ở sau thời điểm t.
So sánh (1.1) và (1.4) ta có:
R(t) = 1 - FT(t)
(1.5)
Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 đến 0 (Hình 1.1).
FT(t) R(t)
1
F(t)
R(t)
0
t
R(t ) e
( t ) dt
e
(1.7)
Công thức (1.7) là công thức cơ bản cho phép tính được độ tin cậy của phần
tử khi biết cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc được xác định nhờ
thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử.
Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:
(t) = = hằng số.
Do đó:
R(t) = e-
t
FT(t) = 1 - e-
;
t
fT(t) = .e-
;
Page 11
(1.8)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Công thức (1.9) cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường độ hỏng hóc của
các phần tử có luật phân bố mũ.
Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mô tả nhờ hoặc là m(t) hoặc là
R(t).
Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, (t) có dạng hình chậu
(Hình 1.2a), có thể chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:
- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng do các
khuyết tật khi lắp ráp, (t) giảm dần (thời kỳ chạy roda).
- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: (t) là hằng số.
- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi, (t) tăng dần.
(t)
(t)
tb
I
II
II
t
1
P (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t+ t ))
(1.10)
t 0 t
So với định nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc
(t ) lim
tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn
đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời.
Tương tự như (t), đại lượng (t). t là xác suất để hỏng hóc xảy ra
trong khoảng (t, t + t).
Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc (t) là hằng số và bằng
cường độ hỏng hóc của phần tử: (t) =
Vì lý do này mà cường độ hỏng hóc và thông số của dòng hỏng hóc
thường hiểu là một, trừ các trường hợp riêng khi thời gian làm việc không tuân
theo luật mũ thì phải phân biệt.
b. Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi .
Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc
và trạng thái hỏng (Hình 1.3).
Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV,
phần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng phải sửa chữa. Sau thời gian sửa
chữa xong , phần tử trở lại trạng thái làm việc.
LV µ
a)
Trạng thái
LV
giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đại lượng. Các đại lượng
và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:
- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc tại thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần
tử có thể ở một trong hai trạng thái: Làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng
thái làm việc PLV(t).
- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là Ph(t).
- Thông số dòng hỏng hóc:
1
P (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t+ t )
t 0 t
(t ) lim
1
P{[ X (t t ) H ] [ X (t ) LV ]}
t 0 t
= lim
Theo lý thuyết xác suất: P(A B) = P(A/B)P(B), từ đây ta có:
P(A/B) = P(A B)/P(B)
Áp dụng cho cường độ chuyển trạng thái và thông số dòng hỏng hóc ta có :
qLV H (t ).t
P{[ X (t t ) H ] [ X (t ) LV ]}
(t ).t
(t ).t
P[ X (t ) LV ]
- Hệ số không sẵn sàng:
A 1 A
TLV
Giả thiết TLV và đều tuân theo luật phân bố mũ (trong thực tế tuân theo luật
chuẩn, song giả thiết trên giúp ta có thể áp dụng mô hình Markov, hơn nữa theo
kinh nghiệm kết quả tính toán là chấp nhận được), ta có:
t
FT(t) = 1 - eF (t) = 1 - e-
t
(phân bố xác suất của thời gian làm việc).
(phân bố xác suất của thời gian hỏng hóc).
Trong đó:
1
là cường độ phục hồi, là thời gian hỏng hóc trung bình
Ở đây và chính là cường độ chuyển trạng thái của phần tử vì mỗi hỏng
hóc hoặc phục hồi làm phần tử chuyển trạng thái.
Thông số dòng hỏng hóc (t) theo (1.11) là:
(t ) PLV (t ).
2 ( )t
e
Ở chế độ dừng (khi t = ), PLV(t) = PLV trở thành độ sẵn sàng A còn
PH(t) = Q(t) = Q trở thành độ không sẵn sàng A của phần tử.
PLV A
Q A
.
Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:
- Số lần hỏng trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra:
TLV
1
- Thời gian sửa chữa sự cố trung bình , từ đó tính ra:
1
c. Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ.
Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện vì nó làm giảm cường độ hỏng hóc, tăng
SVTT: Thái Văn Luân
Page 16
Copyright: Tài liệu đại học ©