Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là nêu cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối và áp dụng các phương pháp vào lưới điện cụ thể của lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP LỘ 371 E5.27 ĐIỆN LỰC VÂN ĐỒN - CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2016
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP LỘ 371 E5.27 ĐIỆN LỰC VÂN ĐỒN - CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN QUÂN NHU THÁI NGUYÊN - 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, được sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Quân Nhu và có tham khảo một số tài liệu. Các số liệu và đặc biệt là kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 Học viên Nguyễn Đức Huy
ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Nguyễn Quân Nhu, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên - Người chịu trách nhiệm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Từ đáy lòng mình, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học K16 - chuyên ngành Kỹ thuật điện trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành khóa học này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ hành chính của khoa Điện và Phòng Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường. Lời cuối cùng, tôi chân thành cảm ơn sự động viên của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người đã tạo điều kiện rất nhiều cho tôi trong suốt chặng đường học tập đã qua. Do điều kiện thực hiện luận văn có hạn, khối lượng công việc lớn nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Đức Huy
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ vi DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................. vii LỜI 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. Khái niệm về lưới điện phân phối ........................................................... 3 1.1.2. Vai trò của lưới điện phân phối trong hệ thống điện .............................. 3 1.1.3. Phân loại lưới điện phân phối trung áp ................................................... 4 1.1.4. Phần tử của lưới điện phân phối trung áp. .............................................. 5 1.1.5. Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối.............................................. 7 1.1.6. Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp tỉnh Quảng Ninh ................ 9 1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện. .................................................. 11 1.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy .................................................................. 11 1.2.2. Độ tin cậy của hệ thống......................................................................... 12 1.2.3. Độ tin cậy của phần tử .......................................................................... 12 Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY ......................................................................................... 22 2.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện ................................... 22 2.1.1. Hệ thống điện và các phần tử ................................................................ 22 2.1.2. Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện .............................. 23 2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối theo Thông tư 39/2015/TT-BCT ............................................................. 24 2.2.1. Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối điện [8] .............................. 24 2.2.2. Các bộ chỉ số độ tin cậy cung cấp điện [8] ........................................... 27
iv 2.3. Bài toán độ tin cậy và phương pháp giải.................................................. 28 2.3.1. Phân loại bài toán độ tin cậy ................................................................. 28 2.3.2. Các phương pháp tính toán độ tin cậy của hệ thống điện ..................... 30 2.4. Phân tích đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối ............. 31 2.4.1. Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia .................................................. 31 2.4.2. Độ tin cậy của lưới phân phối kín vận hành hở .................................... 35 2.5. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối............................ 36 2.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy .................................................... 36 2.5.2. Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy .................................................. 38 2.5.3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện .................................. 39 2.5.4. Ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện ................... 46 Chương 3. PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP............................................................ 48 3.1. Tính các chỉ tiêu độ tin cậy ...................................................................... 48 3.2. Ví dụ áp dụng ........................................................................................... 53 3.3. Phần mềm tính toán độ tin cậy lưới phân phối trung áp .......................... 58 Chương 4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LỘ 371 E5.27 ĐIỆN LỰC VÂN ĐỒN........................................................ 64 4.1. Hiện trạng lưới điện phân phối Huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh ........ 64 4.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 64 4.1.2. Điều kiện tự nhiên - xã hội khu vực...................................................... 64 4.1.3. Hiện trạng lưới điện .............................................................................. 65 4.1.4. Các chỉ số độ tin cậy lưới điện trung áp của Điện lực Vân Đồn năm 2015 .... 67 4.2. Tính toán cho lưới điện trung thế thực tế Điện lực Vân Đồn. ................. 68 4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thiết bị phân đoạn đến độ tin cậy của lưới phân phối điện ................................................................................. 69 4.2.2. Phân tích ảnh hưởng của nguồn dự phòng đến độ tin cậy của lưới phân phối điện ......................................................................................... 72 4.2.3. Phân tích độ tin cậy của lộ 371-E5.27 Vân Đồn ................................... 76 KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................... 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 91
v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
vi DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Bảng số liệu tính toán lưới điện hình tia................................... 54 Bảng 4.1: Các chỉ tiêu độ tin cậy Điện lực Vân Đồn ................................ 67 Bảng 4.2: Kết quả khi thay đổi vị trí của DCL ......................................... 71 Bảng 4.3: Ma trận ảnh hưởng thời gian mất điện ah(i,j) ........................... 75 Bảng 4.4: Kết quả khi NDP đấu vào các nút khác nhau ........................... 76 Bảng 4.5: Thông số các phụ tải trên đường dây 371-E5.27 ...................... 77
vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: ..................................................................................................... 14 Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc (t) ...................................................... 15 Hình 1.3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng) .. 17 Hình 1.4: Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử................................ 20 Hình 2.1: Cấu trúc độ tin cậy của hệ thống điện......................................... 28 Hình 2.3: Lưới phân phối không phân đoạn ............................................... 31 Hình 2.3: Lưới phân phối phân đoạn bằng dao cách ly .............................. 33 Hình 2.4: Sơ đồ đẳng trị các đoạn lưới phân đoạn ..................................... 34 Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát của lưới điện hình tia ........................................ 53 Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị của lưới điện hình tia........................................... 53 Hình 3.3: Giao diện phần mềm ................................................................... 58 Hình 3.4: Nhập số liệu từ bàn phím ............................................................ 59 Hình 3.5: Xem và sửa số liệu ...................................................................... 59 Hình 3.6: Đọc số liệu để tính toán .............................................................. 60 Hình 3.7: Kết quả tính toán ......................................................................... 60 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý đường dây 371-E5.27 ...................................... 68 Hình 4.2: Sơ đồ ví dụ lưới hình tia ............................................................. 69 Hình 4.3: Sơ đồ đẳng trị .............................................................................. 70 Hình 4.4a: Sơ đồ khi thêm DCL nhánh 2 ..................................................... 70 Hình 4.4b: Sơ đồ đẳng trị khi thêm DCL nhánh 2 ........................................ 70 Hình 4.5a: Sơ đồ khi có thêm NDP .............................................................. 72 Hình 4.5b: NPD cấp cho tải riêng và dự phòng cho nguồn chính .................. 73 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý ĐZ 372-E5.27 sau khi đặt thêm DCL và NDP .... 79
1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay điện năng đóng một vai trò không thể thiếu trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp, sinh hoạt, dịch vụ, nông nghiệp… Cùng với công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá và phát triển kinh tế, xã hội của đất nước, đòi hỏi ngành điện cần phải được quan tâm, phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu về điện năng ngày càng cao của phụ tải. Điều đó đặt ra cho hệ thống điện nhiệm vụ vừa phải thỏa mãn được lượng điện năng tiêu thụ tăng không ngừng theo thời gian, vừa phải đảm bảo các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng cũng như độ tin cậy cung cấp điện. Đây là nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong đó việc nâng cao độ tin cậy ở lưới cung cấp điện có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế của toàn bộ hệ thống điện. Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp là 6kV, 10kV, 22kV, 35 kV cung cấp điện năng cho các trạm phân phối trung áp, hạ áp và phụ tải trung áp. Các hộ phụ tải nhận điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ. Vì vậy việc nghiên cứu, tính toán để đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng đảm bảo cho các phụ tải điện là rất cần thiết. Với đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh” luận văn tập trung chủ yếu vào nghiên cứu các phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối nhằm phân tích, tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối, từ kết quả tính toán đưa ra các biện pháp giảm số lần và thời gian mất điện đối với hộ phụ tải. Mục đích của đề tài: Nêu cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, các giải pháp nâng cao độ tin cậy của
2 lưới phân phối và áp dụng các phương pháp vào lưới điện cụ thể của lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh. Đối tượng nghiên cứu: Các đường dây phân phối cấp điện áp trung áp, sự ảnh hưởng của các đường dây đến chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải. Đối tượng nghiên cứu cụ thể mà đề tài đặt ra là hệ thống cung cấp điện của lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh. Đề tài đi sâu vào khai thác hiệu quả và các biện pháp nâng cao độ tin cậy đánh giá độ tin cậy lưới điện trung áp lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về độ tin cậy, kết hợp với khảo sát đánh giá thực trạng của lưới điện phân phối. Trên cơ sở lý thuyết và kết quả khảo sát thực tế đề ra các giải pháp kỹ thuật để nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối. Sử dụng phần mềm ngôn ngữ lập trình Visual Basic áp dụng tính toán cho lưới điện trung áp lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh. Công cụ nghiên cứu là máy tính và các phần mềm. Bố cục luận văn: Luận văn thực hiện nội dung như sau: Lời mở đầu Chương 1. Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối. Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện và các biện pháp nâng cao độ tin cậy. Chương 3. Sử dụng phần mềm chương trình tính toán độ tin cậy lưới điện trung áp. Chương 4. Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối. Áp dụng tính toán cho lưới phân phối lộ 371 E5.27 Điện lực Vân Đồn - Công ty Điện lực Quảng Ninh. Kết luận và kiến nghị
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối [1], [7] 1.1.1. Khái niệm về lưới điện phân phối Lưới điện phân phối là một bộ phận của hệ thống điện. Trong đó hệ thống bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống. Hệ thống lưới phân phối 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 chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện 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 phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V. 1.1.2. Vai trò của lưới điện phân phối trong hệ thống điện Lưới phân phối đóng vai trò quan trọng đối với hệ thống điện và có nhiều đặc điểm đặc trưng 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 độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong lưới phân phối. Đặc biệt việc 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.
4 - 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, chiếm (65 ÷ 70)% tổn thất toàn hệ thống. - Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện. - Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũng rất quan trọng. 1.1.3. Phân loại lưới điện phân phối trung áp Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng: - Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: + Lưới phân phối thành phố. + Lưới phân phối nông thôn. + Lưới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lưới phân phối trên không. + Lưới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn. + Lưới phân phối kín vận hành hở. + Hệ thống phân phối điện. Do tầm quan trọng của lưới điện phân phối, đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp nên lưới phân phối trung áp 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.
5 Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành lưới phân phối người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối. Chất lượng lưới phân phối được đánh giá trên 3 mặt: - Sự phục vụ đối với khách hàng. - Ảnh hưởng tới môi trường. - Hiệu quả kinh tế đối với cách doanh nghiệp cung cấp điện. Các tiêu chuẩn đánh giá như sau: - Chất lượng điện áp. - Độ tin cậy cung cấp điện. - Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất). - Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn). - Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dây thông tin). Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối. 1.1.4. Phần tử của lưới điện phân phối trung áp. Các phần tử của lưới điện phân phối trung áp 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...
6 - 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, 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 lưới điện phân phối. 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. 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: Dao cách ly, 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 lưới phân phối 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
7 lưới không làm việc để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất. 1.1.5. Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối. Lưới điện phân phối bao gồm: - Các phần tử tạo thành lưới điện phân phối. - Sơ đồ lưới điện phân phối. - Hệ thống điều khiển lưới điện phân phối. Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành. + Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ. Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa. Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, ta gọi phần đó là cấu trúc vận hành. Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện. Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn 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.
8 + Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối 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: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện để thao tác. Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở. + 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: Đó 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: Đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian. Đối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã được tính toán tối ưu. Khi lưới phân phối bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải
9 của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ tải cuối cùng của trạng thái bão hoà. Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận bão hoà. 1.1.6. Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp tỉnh Quảng Ninh Lưới trung áp của tỉnh Quảng Ninh hiện đang tồn tại các cấp điện áp: 35, 22, 10, 6 kV. Trong đó lưới điện 35, 22 kV chiếm tỷ trọng lớn. Mạng lưới điện 35kV, 10kV, 6kV được sử dụng cả hai dạng: đường dây cáp ngầm, đường dây trên không (đường dây cáp ngầm chủ yếu xây dựng trong các thành phố lớn). Cả 3 hệ thống lưới điện 35kV, 10kV, 6kV đều thuộc loại lưới điện trung tính không nối đất trực tiếp, đa số thiết kế theo mạng hình tia, liên kết các đường dây còn yếu, độ linh hoạt kém, khi xẩy ra sự cố mất điện kéo dài. Lưới điện trung áp còn tồn tại nhiều đường dây vận hành lâu năm, chất lượng cũ nát, tổn thất cao, hay sự cố. Lưới 35 kV đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho các Điện lực. Nó vừa là lưới truyền tải cung cấp điện cho các trạm trung gian vừa là lưới phân phối trực tiếp cấp điện cho các trạm biến áp tiêu thụ lớn, các trạm chuyên dùng quan trọng của khách hàng. Các đường dây 35 kV chủ yếu được cấp từ sau các trạm 110kV, nhiều đường dây vận hành đã lâu, dây dẫn đường trục chủ yếu là AC70, AC95, một số nhánh rẽ còn dùng AC50. Chất lượng dây dẫn đã xuống cấp (lưới 35kV sau trạm E5.1; E5.6; E5.5) Lưới điện 22 kV được cấp chủ yếu từ các trạm 110 kV và một số đường dây cấp từ phía 22kV của MBA tại các trạm 220kV. Ngoài việc cấp điện cho các khu vực thị xã, thị trấn, các khu vực đông dân cư và các Khu công nghiệp, một số đường dây còn cấp điện cho các khu vực vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo. Các đường dây trên không chủ yếu dùng dây trần, tiết diện đường trục từ 95 đến 120mm2. Ngoài ra, lưới điện 22kV còn có hệ thống cáp ngầm với tổng chiều dài gần 100km, trong đó có trên 22km cáp ngầm xuyên biển cấp điện cho khu vực huyện đảo Cô Tô.
10 Lưới 10, 6 kV chủ yếu là các xuất tuyến sau các trạm trung gian, một số xuất tuyến từ các trạm 110 kV. Đa số lưới 10 kV vận hành đã lâu, các xuất tuyến 10 kV đều dùng các dây dẫn AC95, AC70, các nhánh rẽ dùng AC50, có bán kính cấp điện lớn. Lưới 10, 6kV hiện nay đã trở nên cũ nát, chắp vá không đủ khả năng truyền tải công suất tới các hộ tiêu thụ điện, tỷ lệ tổn thất trên lưới cao, mức độ an toàn thấp, không phù hợp với sự gia tăng phụ tải, nhất là các thành phố lớn, trong tương lai lưới 10, 6kV sẽ được xoá bỏ và cải tạo sang lưới 22kV. Trạm biến áp phân phối: Trạm biến áp phân phối sử dụng các cấp điện áp 35-22-10-6/0,4kV sử dụng các loại máy 3 pha với công suất đặt: 50, 100, 160, 180, 250, 320, 560, 630, 1000kVA... Các trạm biến áp được xây dựng trước năm 2002 hầu như đều sử dụng các máy biến áp ba pha đặt trong trạm xây hoặc sử dụng trạm bệt, có công suất đặt lớn: 320, 400, 560kVA. Các trạm biến áp này có bán kính phụ tải lớn, một số trạm thường xuyên xẩy ra quá tải, gây sự cố mất điện. Các trạm mới xây dựng sử dụng các máy biến áp có công suất từ 50kVA đến 630kVA hầu hết sử dụng kết cấu trạm treo trên cột bê tông ly tâm, các trạm biến áp có công suất lớn từ 750kVA trở lên được xây dựng theo kiểu trạm bệt đặt ngoài trời. Các trạm biến áp đa số được cấp điện theo mạng hình tia, thiết bị cũ nát, ít được duy tu bảo dưỡng nên khi xẩy ra sự cố thì thời gian mất điện thường kéo dài. Lưới điện trung áp nhiều nơi còn thiếu các các thiết bị đóng cắt dọc đường dây (MC Recloser, cầu dao phụ tải) gây khó khăn cho công tác QLVH và xử lý sự cố. Sự tồn tại của nhiều cấp điện áp bắt buộc phải sử dụng nhiều loại thiết bị với chủng loại, xuất xứ khác nhau, điều này gây trở ngại trong vận hành và khó có thể thiết lập được chế độ vận hành kinh tế; thêm vào đó quá trình cải tạo và quy hoạch cũng gặp nhiều khó khăn do thiếu các chỉ tiêu, định mức
11 hợp lý, dẫn đến thiếu chính xác trong dự báo, lựa chọn thiết bị và lãng phí vốn đầu tư, kèm theo đó là quá trình gia tăng tổn thất và giảm chất lượng điện. Trong các năm gần đây do vốn đầu tư hạn chế, Công ty Điện lực Quảng Ninh đã tập trung đầu tư giải quyết chống quá tải và đầu tư mới lưới điện 110kV, cải tạo lưới điện nông thôn sau tiếp nhận, nên việc đầu tư cải tạo nâng cấp lưới điện trung áp còn hạn chế. 1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện. [2] 1.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy Độ tin cậy 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. Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định. Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử. Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng 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. Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên tục. Do đó độ tin cậy được đo bởi 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.