Bộ công THNG
Tập đoàn điện lực việt nam
Viện năng lợng
Báo cáo tổng kết

đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ

Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin
cậy. đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện lới điện trung áp Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Đức Hạnh
7179
17/3/2009

Hà Nội, 11 2008

1

1
Mục lục

Các giả thiết tính toán
4.3 Tính toán cho các lới điện cụ thể
4.4 Kết luận chơng IV
Chơng V: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện lới điện trung áp
Trang
1
2
3
-
5
7
14
18 19
19
27

35 36
38
41
45
50
53


TBA
Tu
Ti
TA
TBĐC
DCL
CDPT
TĐL
TĐD
MC
DAS
SCADA
Hệ thống điện cung cấp điện
Lới điện phân phối trung áp
Độ tin cậy
Máy biến áp
Trạm biến áp
Biến điện áp
Biến dòng điện
Trung áp
Thiết bị đóng cắt
Dao cách ly
Cầu dao phụ tải
Tự động đóng lại
Tự động đóng nguồn dự phòng
Máy cắt
Hệ thống phân phối điện tự động
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

3


4
Chơng 3: Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy, mô hình tính toán
bao gồm các vấn đề nh: Đa ra phơng pháp luận nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn
đầu t-độ tin cậy, đề xuất mô hình tính toán và viết phần mềm chơng trình tính toán
để xác định vị trí, số lợng, loại thiết bị đóng cắt trên lới điện để nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện.
Chơng 4: Dựa trên phơng pháp đề xuất ở trên, tính toán, so sánh các phơng án
nâng cao độ tin cậy cho một số lới điện cụ thể để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Chơng 5: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị.
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở xây dựng chơng trình tính toán xác
định vị trí, số lợng, loại thiết bị đóng cắt lắp đặt trên lới phục vụ cho công tác quy
hoạch, thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện và đề xuất các giải pháp để nâng cao
độ tin cậy cho hệ thống cung cấp điện.

5
Chơng I: tổng quan về lới điện phân phối trung áp
1.1 Giới thiệu tổng quan lới điện phân phối trung áp
1.1.1. Đặc điểm của lới điện phân phối trung áp
Lới điện phân phối là lới điện trực tiếp chuyển tải điện năng từ thanh góp hạ
áp trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ.
Các dạng lới điện trung áp thờng gặp là lới hình tia không phân đoạn, hình tia
phân đoạn, mạch vòng phân đoạn...
Thông thờng lới phân phối có số lợng các phần tử cao hơn nhiều so với các
thành phần khác trong hệ thống điện nên xác suất sự cố cũng cao hơn nhiều, vì vậy để
đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng hầu hết các tuyến đờng dây đều có mạch
vòng liên kết với các đờng dây, các nguồn kế cận. Việc khôi phục cung cấp điện cho
các hộ phụ tải sẽ giảm đợc rất nhiều thời gian bằng các thao tác đóng cắt tự động các
thiết bị phân đoạn nằm trong mạch vòng. Thời gian phục hồi cung cấp điện cho các hộ

cấu hình lới, thay đổi dòng công suất đi trên các đờng dây, chống quá tải cục bộ do
phân bố dòng công suất không hợp lý, giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp .v.v...
Tuy nhiên trong một số trờng hợp điểm mở mạch vòng hợp lý tìm đợc nhờ tính toán
lại rất xa so với điểm đặt thiết bị phân đoạn trong thực tế nên việc mở mạch vòng sẽ
không đạt hiệu quả cao. Do đó xuất phát từ vấn đề thực tế của việc lựa chọn điểm mở
mạch vòng, bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong lới điện trung áp đợc
chia thành hai loại: bài toán thiết kế và bài toán vận hành.
1.1.3. Bài toán mở mạch vòng dới góc độ thiết kế
Bài toán thiết kế sẽ cho ra các kết quả tính toán xác định vị trí đặt thiết bị phân
đoạn với tần suất sử dụng lớn nhất. Xuất phát từ thực tế vận hành thờng xảy ra tình
huống điểm mở mạch vòng tính toán thay đổi liên tục và xa các điểm có thiết bị phân
đoạn, vì vậy trong quá trình thiết kế lới phân phối trung áp mới, các số liệu về nhu
cầu sử dụng công suất cực đại của phụ tải điển hình trong ngày, trong tuần, trong mùa
thờng rất đợc quan tâm để dự báo xác suất trạng thái thờng gặp nhất của phụ tải, từ
đó tính toán tìm ra các điểm đặt các thiết bị phân đoạn thờng mở để mạch vòng đợc
vận hành dới dạng các mạch hình tia. Các thiết bị phân đoạn có thể là các dao cách ly
thờng, dao cách ly tự động, cầu dao phụ tải, máy cắt, thiết bị tự đóng lại v.v.. tuỳ theo
lợi ích kinh tế mang lại, theo yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các phụ tải, thiết bị

7
phân đoạn sẽ đợc lựa chọn phù hợp để lắp đặt sao cho lợi ích kinh tế thu đợc là lớn
nhất.
1.1.4. Bài toán mở mạch vòng dới góc độ vận hành
Trong vận hành lới điện phân phối, mỗi khu vực khác nhau có phụ tải khác
nhau, tính chất và nhu cầu sử dụng công suất của phụ tải cũng khác nhau. Nhu cầu
điện năng của các phụ tải cũng thay đổi theo giờ trong ngày và tuỳ theo đặc điểm của
mỗi loại phụ tải, giờ sử dụng công suất lớn nhất của từng loại phụ tải trong ngày, trong
tuần và trong mùa sẽ khác nhau. Dới góc độ vận hành, bài toán có điều kiện ban đầu
là: số điểm đặt thiết bị phân đoạn, số thiết bị phân đoạn và loại thiết bị phân đoạn đã
cho trớc, vì thế bài toán vận hành là bài toán mà từ các số liệu hiện thời hoặc từ các

cải thiện các thông số vận hành phải cắt nguồn cung cấp, gây ra tình trạng mất điện
không cần thiết, làm giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện. Trong lới điện
phân phối trung áp của Việt Nam DCLTĐ cha đợc sử dụng rộng rãi.

Hình 1.1: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố.

9
1.2.3. Cầu dao phụ tải (CDPT)
Cầu dao phụ tải (CDPT) là thiết bị đóng cắt có tải đợc sử dụng tơng đối phổ
biến hiện nay ở các khu vực các đô thị có lới điện phân phối trung áp ngầm. CDPT có
thể đóng cắt có tải nên khi thao tác không cần phải cắt điện, tránh hiện tợng mất điện
không cần thiết của các phụ tải khi phải đổi nguồn, san tải hoặc cắt điện một phần lới
điện để thao tác.
Điểm hạn chế của CDPT là không kết hợp đợc với các điều khiển từ xa, các
thiết bị bảo vệ nên thời gian thao tác cô lập sự cố lâu do phải thao tác tại chỗ. Tuy
nhiên với u điểm có khả năng đóng cắt có tải, giá thành thấp, trong các trờng hợp
ngừng điện kế hoạch, CDPT có u điểm hơn hẳn so với các thiết bị nh DCL thờng,
DCLTĐ nhờ khả năng đóng cắt có tải nên đợc sử dụng rộng rãi ở các khu vực có mật
độ phụ tải cao nh Hà Nội, Hải Phòng...
1.2.4. Thiết bị tự động đóng lại (recloser)
Thực chất recloser là khi một phần tử của hệ thống cung cấp điện tự động cắt ra,
sau một thời gian xác định lại đợc đóng trở lại vào hệ thống (nếu nh không bị cấm
đóng lại) và nguyên nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn nữa thì phần tử đó có
thể tiếp tục làm việc. Thời gian đóng lại càng ngắn càng tốt, song thời gian đó phải đủ
lớn để các rơle bảo vệ trở lại vị trí ban đầu và đảm bảo điều kiện khử ion tại điểm ngắn
mạch. Có nh vậy khi thiết bị đợc đóng trở lại, hồ quang chỗ ngắn mạch không tiếp
tục phát sinh. Thông thờng đối với mạng trung áp thời gian tự động đóng lại đợc lấy
bằng 0,2s.
Đối với đờng dây trên không tỷ lệ sự cố thoáng qua rất cao nh: phóng điện
chuỗi sứ khi quá điện áp khí quyển, dây dẫn chạm nhau khi đung đa hoặc lúc gió to,

nhanh chóng và an toàn thờng đặt các thiết bị tự động đóng dự phòng. Trong các
trờng hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị TĐD sẽ đóng nguồn cung cấp
Mỏy ct Recloser Recloser
N

11
dự phòng. TĐD hoặc các thiết bị dự phòng đợc sử dụng trong trờng hợp thiệt hại do
gián đoạn cung cấp điện cao hơn tiền thiết bị TĐD.
TĐD của nguồn cung cấp và thiết bị đờng dây, máy biến áp, máy phát, thanh
góp, các phân đoạn và hệ thống thanh cái, động cơ điện thờng xảy ra sau khi có bất
kỳ dạng bảo vệ nào tác động hay máy cắt điện tự cắt ra. Thời gian đóng dự phòng
thờng đợc chỉnh định trong khoảng 0,5 - 1,5s. Nếu chỉnh định thời gian lớn hơn nữa
thì các động cơ tự khởi động lại sẽ bị khó khăn.
Tuy nhiên việc tự động hoá lới điện phân phối trung áp cha cao nên TĐD
thờng chỉ dùng tại các trạm truyền tải để đóng nguồn dự phòng cung cấp cho các
thiết bị điều khiển, chiếu sáng sự cố... Ngoài ra TĐD đợc lắp đặt để đóng nguồn dự
phòng cho các thanh cái tại các trạm biến áp khi máy biến áp hoặc một trong các lộ
đờng dây cấp tới cho máy biến áp bị mất điện, TĐD sẽ tự động đóng nguồn từ các
máy biến áp còn lại.
Đối với lới phân phối trung áp, TĐD hiện nay chỉ có thể lắp đặt tại đầu nguồn
cho các lộ đờng dây phân phối trung áp có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao
để khi xảy ra sự cố, thanh cái cấp nguồn cho lộ đờng dây bị mất điện thì TĐD sẽ
đóng nguồn dự phòng từ thanh cái khác không bị sự cố.
1.2.6. Máy cắt (MC)
Trong trờng hợp lới phân phối trung áp đợc phân đoạn bằng máy cắt, khi một
phần tử sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố.
Các phần tử trớc phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hởng. Giải pháp phân đoạn
làm tăng đáng kể độ tin cậy của lới phân phối, giảm đợc tổn thất kinh tế do mất
điện nhng cần phải đầu t vốn cho nên chỉ sử dụng khi lợi ích kinh tế thu đợc nhờ
giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện lớn hơn giá trị kinh tế đầu t của máy cắt.

- Rút ngắn thời gian phục hồi, nâng cao chất lợng phục vụ khách hàng.

13
- Giảm chi phí vận hành do tự động kiếm tìm và loại bỏ sự cố (không phải đi tìm
kiếm và thao tác loại bỏ sự cố bằng tay), tự động quản lý, ghi số liệu vận hành, dữ liệu
sự cố.
- Nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị phân phối, tăng hiệu quả vận hành thiết bị.
- DAS là hệ thống mở, dễ dàng cho sự phát triển và kết nối với các hệ thống khác
(nh SCADA).
Với các u điểm trên, khi áp dụng DAS vào lới điện phân phối, độ tin cậy của
lới sẽ tăng lên đáng kể.
Một vấn đề khác không thể không đề cập đến là vốn đầu t cho DAS không lớn,
nằm trong khả năng của các công ty Điện lực.
Lới điện phân phối trung áp đợc phân đoạn bằng hệ thống tự động hoá DAS -
Distribution Automation System - có các u điểm nổi trội so với các hệ thống lới
điện phân phối trung áp sử dụng các thiết bị phân đoạn nêu trên nhờ khả năng tự động
hoá, giám sát và điều khiển từ xa.
Hệ thống DAS cung cấp chức năng điều khiển và giám sát từ xa các dao cách ly
phân đoạn tự động, phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lới điện phân phối trung
áp, nhờ đó cô lập đợc phân đoạn sự cố, khôi phục việc cung cấp điện năng cho phần
còn lại của hệ thống không bị sự cố.
Lới điện phân phối trung áp sử dụng hệ thống DAS có thời gian cách ly sự cố và
khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn không bị hỏng hóc rất nhỏ, thờng từ vài
giây đến vài phút do đó độ tin cậy cung cấp điện của lới điện phân phối trung áp
phân đoạn bằng DAS rất cao.
Thực tế, do chi phí đầu t xây dựng hệ thống DAS khá cao cùng với hiện trạng
lới điện phân phối trung áp ở Việt Nam thờng có tình trạng chắp vá, thiếu đồng bộ
nên việc triển khai hệ thống DAS vẫn trong giai đoạn nghiên cứu khả thi. Tuy nhiên,
với sự phát triển của công nghệ và yêu cầu về chất lợng điện năng của các phụ tải
ngày càng cao thì xu hớng lắp đặt hệ thống DAS là tất yếu.


MC

n

i21
n
P
i
P
2
P
P
1
1
l
DCL
l
2
l
i
l
n
L

15
Tuy nhiên lới phân phối một nguồn không phân đoạn có đặc điểm là độ tin cậy
cung cấp điện thấp, đối với lới phân phối một nguồn không phân đoạn, hỏng hóc bất
kỳ phần tử nào trên lới cũng gây mất điện trên toàn lới, lới phân phối một nguồn
không phân đoạn đợc xem nh là một phần tử do đó thờng chỉ đợc thiết kế cấp

II
...
M

M

L
DCL
i
ll
116
Độ tin cậy của lới có thiết bị phân đoạn tăng đáng kể so với lới phân phối một
nguồn không có thiết bị phân đoạn.
Ngoài ra, độ tin cậy của lới phân phối có thiết bị phân đoạn còn phụ thuộc vào
chính thiết bị phân đoạn, với lới phân phối trung áp có thiết bị phân đoạn bằng DCL
thờng, khi xảy ra sự cố thời gian gián đoạn cung cấp điện do tìm kiếm và thao tác
lớn. Thông thờng khi xảy ra sự cố, thời gian tìm kiếm và cô lập sự cố khá lâu do phải
thành lập nhóm công tác, tìm kiếm tại hiện trờng và phải thao tác tại chỗ, đối với các
thiết bị phân đoạn có khả năng điều khiển từ xa thì việc xác định, cách ly phân đoạn
sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn còn khả năng cung cấp điện
nhanh hơn, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện do việc vận hành các thiết bị phân đoạn
có thể thực hiện từ xa, giảm đợc thời gian đến hiện trờng, thao tác tại chỗ.
1.3.3. Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 1.5 Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DCL

Lới phân phối một nguồn có phân đoạn đã nâng cao độ tin cậy cung cấp điện


B
MC
l
1

i
l

17
trong hai nguồn điện hoặc sự cố trên một phân đoạn thì các phụ tải thuộc các phân
đoạn còn lại trên lới chỉ mất điện trong thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố.
1.3.4. Lới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 1.6 Lới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn (M) bằng DASLới điện phân phối điện một nguồn phân đoạn bằng DAS có những u điểm nổi
bật nh thiết kế và vận hành đơn giản, độ tin cậy cung cấp điện cao hơn do các thiết bị
có khả năng tự động hoá cao, khi sự cố thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố rất nhỏ, có
thể coi bằng không.
Tuy nhiên lới phân phối một nguồn phân đoạn bằng DAS vẫn còn những nhợc
điểm của lới điện phân phối một nguồn nh khi hỏng hóc nguồn điện thì toàn bộ các
phụ tải trên lới cũng bị mất điện. Khi hỏng hóc xảy ra trên một phân đoạn bất kỳ trên
lới điện thì không chỉ các phụ tải trên phân đoạn hỏng hóc bị mất điện mà các phụ tải
thuộc các phân đoạn nằm phía sau cũng bị mất điện, do đó ngời ta thờng dùng cấu
hình lới có hai hoặc nhiều nguồn điện cung cấp.
1.3.5. Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 1.7 Lới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DAS

N

N
L

MC

A

L
I
II
III
...
M
M
L
DCL

l
i1

l

18
chính phân đoạn sự cố. Các hỏng hóc khác đều đợc khắc phục nhanh chóng để khôi
phục cung cấp điện.
Khi xảy ra sự cố ở nguồn thì các phụ tải trên lới sẽ đợc cung cấp điện từ nguồn
còn lại, khi sự cố trên một phân đoạn bất kỳ thì phân đoạn sự cố sẽ đợc cách ly, các
phân đoạn còn lại đều đợc cấp điện bình thờng. Do đặc điểm độ tin cậy cung cấp

Sự thiếu hụt điện năng xảy ra trong hệ thống điện ảnh hởng bởi nhiều yếu tố
khác nhau nh sự giảm công suất nguồn điện, sai số dự báo phụ tải, trạng thái của lới
điện truyền tải và phân phối .v.v..
2.2.1 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng bằng đồ thị phụ tải
a. Đồ thị phụ tải điện
Đồ thị phụ tải điện là đờng cong đặc trng cho quan hệ theo thời gian của công
suất tiêu thụ của các phụ tải.
Công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và dòng điện I là 3 đại lợng cơ
bản dùng để biểu thị đồ thị phụ tải khi thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện. Sự
thay đổi theo thời gian của công suất yêu cầu của các phụ tải có thể quan sát đ
ợc nhờ
các dụng cụ đo và dụng cụ tự ghi. Thiết bị tự ghi liên tục sẽ ghi lại đợc sự biến đổi

20
của phụ tải theo thời gian. Nếu đo theo các thời điểm với khoảng cách bằng nhau ta sẽ
có đồ thị phụ tải dạng đờng bậc thang.
Ngời ta có thể phân ra các đồ thị phụ tải theo thời gian đo đạc, đồ thị phụ tải
ngày, đồ thị phụ tải tháng, đồ thị phụ tải mùa, đồ thị phụ tải năm. Hình dáng của các
đồ thị phụ tải phụ thuộc vào đặc điểm tiêu thụ công suất của các loại phụ tải (phụ tải
công nghiệp, chiếu sáng, sinh hoạt, nông nghiệp ...), theo tình trạng làm việc của phụ
tải (làm việc theo ca, theo ngày mùa đông, mùa hè...). Diện tích của đồ thị phụ tải
ngày, tháng, năm đợc giới hạn bởi đờng P = f(t) và trục hoành chính là điện năng
tiêu thụ hàng ngày, tháng năm của phụ tải.
t
1
0
t[24h]
P,Q
P
Q

t
12
t
3
t
4
tt
3
t
4
t
2
t
1
t
P
00
t
P

a) b)
Hình 2.2 a) Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang; b) Đồ thị phụ tải kéo dài
Từ đồ thị phụ tải kéo dài ta xác định đợc các trị số xác suất ứng với mỗi giá trị
công suất
p(P
i
) =
T
t
i

3
p
2
p
1
p
P
T4
T3
P
T2
P
T1
P
T

Hình 2.3 Đồ thị thể hiện dãy phân bố xác suất của phụ tải
c. Xây dựng dẫy phân bố xác suất theo khả năng cung cấp công suất của lới
phân phối trung áp
Mỗi phần tử trong hệ thống điện có thể ở một trong hai trạng thái là trạng thái
làm việc bình thờng, đợc đặc trng bởi xác suất làm việc tin cậy p và trạng thái
không làm việc (bao gồm cả hỏng hóc, dự phòng hoặc đang trong thời gian ngừng làm
việc để duy tu bảo dỡng), đặc trng của trạng thái này là xác suất làm việc không sẵn
sàng của phần tử q.
Ta chỉ đánh giá các trờng hợp thay đổi của cấu hình lới phân phối, theo giả
thiết (phần 3.3) ta chỉ xét độ tin cậy của các lộ đờng dây, các thiết bị phân đoạn.
Mỗi hệ thống điện có rất nhiều phần tử, mỗi phần tử có hai trạng thái tốt hoặc
không làm việc, do đó một lới phân phối có n phần tử thì có 2
n
trạng thái làm việc


=
LCi
min
{
S
Ci
}

Trong đó:
S
H
khả năng tải của hệ thống điện.
S
i
khả năng tải của phần tử thứ i trong hệ thống điện.
S
Ci
khả năng tải của phần tử tơng đơng Ci trong hệ thống điện.
L tập các phần tử tơng đơng trong hệ thống điện phức tạp.
Ví dụ lới phân phối đang xét ở trạng thái i, khả năng đảm bảo công suất cho
phụ tải là P
Ti
và xác suất xuất hiện trạng thái i là p
i
. Ta sẽ xây dựng đợc bảng xác
suất khả năng đảm bảo công suất cho các phụ tải của một lới phân phối. ứng với mỗi
lới phân phối sẽ có một dãy p
i
(P

P
T3
T4
P
P [MW]
1
p
1
p
2
p
3
p
4
0
H2
P(p )
H2
H1
(p )P
H1
H3
(p )P
H3
Hi
P(p )
Hi
Hm
(p )P
Hm