Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối lộ 464e1.5 thượng đình liên thông 480e1.5 thượng đình, thành phố hà nội
- 76 trang
- file .pdf
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của
lƣới điện phân phối lộ 464E1.5 Thƣợng
Đình liên thông 480E1.5 Thƣợng Đình,
Thành phố Hà Nội
TRẦN CÔNG KIÊN
[email protected]
Ngành Quản lý Kỹ thuật Công nghệ - Kỹ thuật điện
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. ê Việt Ti n
T ƣờng Điện – Điện tử Chữ ký của GVHD
HÀ NỘI, 9/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Trần Công Kiên
Đề tài luận văn Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối
lộ 464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng Đình, Thành phố Hà Nội
Chuyên ngành: Quản lý Kỹ thuật Công nghệ - Kỹ thuật điện
Mã số SV: 20202615M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
29/10/2022 với các nội dung sau:
- T nh toán l i phư ng án 2 t i các trang 53 và 54.
- ổ sung k t quả t i bảng 3.6 trang 56.
- i m tra l i các l i văn bản của luận văn.
Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn
TS. ê Việt Ti n Trần Công Kiên
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS. ê Đức Tùng
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của TS. Lê Việt Ti n. Các nghiên cứu và k t quả được trình
bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản
luận văn nào trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm n và các thông tin tr ch dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ
ràng và được phép công bố.
Tác giả luận văn
Trần Công Kiên
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin chân thành cảm n thầy TS. Lê Việt Ti n đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đ hoàn thành luận văn
này. Em xin gửi lời cảm n đ n toàn th thầy cô bộ môn Trường Điện – Điện tử;
Viện Kinh t và Quản lý - Đ i học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giảng d y, chỉ
bảo, truyền đ t nguồn ki n thức sâu rộng và những kinh nghiệm quý báu cho em
trong suốt thời gian học t i trường.
Xin cảm n gia đình, b n bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, t o điều kiện, ủng
hộ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã n lực h t mình, nhưng do khả năng, ki n thức có h n, lĩnh vực
liên quan đ n luận văn khá rộng, nên không th tránh được những sai sót trong
quá trình thực hiện. Do vậy, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các
thầy cô đ em có được thêm những ki n thức, kinh nghiệm chuẩn bị cho công
việc thực t sau này.
HỌC VIÊN
Trần Công Kiên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN ...................................................................................................... 3
1.1- Các định nghĩa và khái niệm ...................................................................... 3
1.1.1- Hệ thống điện và các phần tử .............................................................. 3
1.1.2- Độ tin cậy của hệ thống điện ............................................................... 3
1.1.3- Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện ............................. 4
1.1.4- Tr ng thái hỏng hóc của hệ thống điện ............................................... 7
1.1.5- Độ tin cậy của các phần từ .................................................................. 9
1.2- Yêu cầu đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thi t k lƣới
điện 16
1.2.1- Các nguyên nhân gây mất điện ......................................................... 16
1.2.2- Ảnh hưởng của độ tin cậy đ n tổn thất kinh t và cấu trúc lưới điện 17
1.2.3- Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh t ........................................ 19
1.2.4- Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ............................ 20
1.2.5- Phân lo i bài toán độ tin cậy ............................................................. 22
1.3- Tổng quan về tính toán độ tin cậy cho lƣới phân phối .......................... 24
1.4- Tình hình nghiên cứu độ tin cậy lƣới phân phối tại Tổng Công ty điện
lực TP Hà Nội ..................................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO ƢỚI
PHÂN PHỐI VÀ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ................ 27
2.1- Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia không phân đoạn ..................... 27
2.2- Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia có phân đoạn ............................ 28
2.3- Xây dựng chƣơng t ình đánh giá độ tin cậy trên máy tính ................... 30
2.3.1- Cấu trúc lưới phân phối và ho t động của thi t bị phân đo n .......... 30
2.3.2- Các chỉ tiêu độ tin cậy cần tính ......................................................... 31
2.3.3- Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy của các đo n lưới ................................ 32
2.4- Giới thiệu chƣơng t ình tính toán độ tin cậy lƣới phân phối ................ 37
2.4.1- Giao diện chư ng trình ..................................................................... 37
2.4.2- Nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới ...................................................... 39
2.4.3- Nhập thông số tính toán .................................................................... 39
2.4.4 Nhập thông số phụ tải ...................................................................... 39
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CHO ƢỚI PHÂN
PHỔI LỘ 464E1.5 THƢỢNG ĐÌNH IÊN THÔNG 480E1.5 THƢỢNG
ĐÌNH, THÀNH PHỐ HÀ NỘI ......................................................................... 40
3.1- Bài toán quy hoạch phát triển lƣới điện phân phối lộ 464E1.5 Thƣợng
Đình liên thông 480E1.5 Thƣợng Đình, thành phố Hà Nội ............................ 40
3.1.1- Phư ng án 1 ...................................................................................... 44
3.1.2- Phư ng án 2 ...................................................................................... 46
3.1.3- Phư ng án 3 ...................................................................................... 48
3.1.4- Phư ng án 4 ...................................................................................... 51
3.2- Tính toán định lƣợng các chỉ tiêu độ tin cậy ........................................... 53
3.2.1- Phư ng án 1 ...................................................................................... 53
3.2.2- Phư ng án 2 ...................................................................................... 53
3.2.3- Phư ng án 3 ...................................................................................... 54
3.2.4- Phư ng án 4 ...................................................................................... 55
3.3- Nhận xét đánh giá k t quả tính toán........................................................ 56
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG ................................................................. 58
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Số liệu các nút và nhánh của s đồ cấu trúc ngược ............................. 43
Bảng 3.2: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 1 ............................................... 53
Bảng 3.3: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 2 ............................................... 53
Bảng 3.4: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 3 ............................................... 54
Bảng 3.5: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 4 ............................................... 55
Bảng 3.6: Tổng hợp k t quả t nh toán độ tin cậy các phư ng án......................... 56
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các tr ng thái hỏng hóc của hệ thống điện ............................................ 8
Hình 1.2: Hàm phân bố R(t) và FT(t) ................................................................... 10
Hình 1.3: Mô hình cường độ hỏng hóc t) ......................................................... 12
Hình 1.4: Chuy n tr ng thái của phần tử ............................................................. 14
Hình 1.5: Mô hình bảo dưỡng định kỳ ................................................................. 15
Hình 1.6: Độ tin cậy trong bài toán kinh t .......................................................... 20
Hình 1.7: Phân lo i bài toán độ tin cậy ................................................................ 22
Hình 2.1: Lưới phân phối hình tia ........................................................................ 27
Hình 2.2: Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược............................................... 31
Hình 2.3 Thuật toán tính ma trận đường nối ........................................................ 35
Hình 2.4: đồ thuật toán giao diện .................................................................... 36
Hình 2.5: đồ khối chư ng trình t nh toán độ tin cậy....................................... 37
Hình 2.6: Giao diện của chư ng trình t nh toán độ tin cậy .................................. 38
Hình 2.7: Giao diện nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới .......................................... 39
Hình 2.8: Giao diện nhập thông số t nh toán ....................................................... 39
Hình 2.9: Giao diện nhập thông số phụ tải .......................................................... 39
Hình 3.1: đồ một sợi lộ 464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng
Đình ...................................................................................................................... 42
Hình 3.2: đồ đẳng trị phư ng án 1 .................................................................. 44
Hình 3.3: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 1 ......................................... 45
Hình 3.4: đồ đẳng trị phư ng án 2 .................................................................. 46
Hình 3.5: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 2 ......................................... 47
Hình 3.6: đồ đẳng trị phư ng án 3 .................................................................. 48
Hình 3.7: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 3 ......................................... 50
Hình 3.8: đồ đẳng trị phư ng án 4 .................................................................. 51
Hình 3.9: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 4 ......................................... 52
Hình 3.10: K t quả t nh toán độ tin cậy phư ng án 2 .......................................... 54
Hình 3.11: K t quả t nh toán độ tin cậy phư ng án 3 .......................................... 55
Hình 3.12: K t quả t nh toán độ tin cậy phư ng án 4 .......................................... 56
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
1- Đề tài: Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của lƣới điện phân phối lộ
464E1.5 Thƣợng Đình liên thông 480E1.5 Thƣợng Đình, Thành phố Hà Nội.
2- Tác giả luận văn: Trần Công Kiên MSSV: 20202615M
3- Người hướng dẫn: TS. Lê Việt Ti n
4- Nội dung tóm tắt:
b- Lý do chọn đề tài:
Quận Thanh Xuân là một trong những quận nội thành thuộc thành phố Hà
Nội, thủ đô thủ đô nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, trung tâm đầu
não, chính trị, hành chính của cả nước, đô thị lo i đặc biệt, là trung tâm văn hóa,
giáo dục đào t o và khoa học kỹ thuật quan trọng của cả nước.
Với tính chất đó việc: xây dựng và phát tri n nguồn điện và lưới điện đáp
ứng kịp thời nhu cầu phụ tải theo dự báo, phù hợp với chi n lược phát tri n
ngành và quy ho ch phát tri n điện lực của Thành phố nói chung và quận Thanh
Xuân nói riêng; Đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ phụ tải trong ch độ
vận hành bình thường và sự cố; s đồ phát tri n lưới điện phải có độ dự trữ, đ n
giản, linh ho t, đảm bảo chất lượng điện năng cho sự phát tri n kinh t , xã hội
h t sức cần thi t.
Đ đảm bảo nâng cao chất lượng điện năng và chỉ số hài lòng khách hàng
sử dụng điện cần phải:
- Đảm bảo vận hành an toàn, cung ứng điện ổn định cho các phụ tải trên địa
bàn.
- Suất sự cố năm sau giảm so với năm trước.
- Giảm tổn thất điện năng.
Do đó Luận văn tập trung tìm hi u các yêu cầu và phư ng pháp t nh toán độ
tin cậy cho lưới điện phân phối, đưa ra các biện pháp nâng cao độ tin cậy và sử
dụng k t quả tìm hi u áp dụng tính toán cụ th tiêu chuẩn độ tin cậy cho một số
phư ng án vận hành của lưới điện phân phối thực t t i Việt Nam.
c- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Đề tài dự ki n tìm hi u các tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy, các phư ng pháp
t nh toán độ tin cậy cho lưới phân phối, phư ng pháp xử lý số liệu thực t , xây
dựng chư ng trình t nh toán trên số liệu đã xử lý đ đánh giá độ tin cậy của các
phư ng án vận hành lưới phân phối, từ đó so sánh một số biện pháp nâng cao độ
tin cậy và áp dụng t nh toán cho lưới phân phối thực t t i Việt Nam.
d- Nội dung nghiên cứu
Luận văn tìm hi u tổng quan về yêu cầu nâng cao độ tin cậy cho lưới điện
phân phối. Em cũng tìm hi u phân lo i, cấu t o và chức năng của thi t bị đóng
cắt; đề xuất các phư ng án lắp đặt thi t bị đóng cắt: xác định số lượng và vị trí
1
đặt tối ưu đ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện thực t ; so sánh,
đánh giá hiệu quả kinh t kỹ thuật và đề xuất phư ng án tối ưu.
Trên c sở lý thuy t phân t ch đánh giá các tr ng thái hư hỏng của hệ thống
điện, các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới điện và các nguyên nhân gây mất
điện từ đó sử dụng phư ng pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối, sử dụng
phần mềm Matlab đ tính toán và áp dụng thực hiện nghiên cứu và đánh giá độ
tin cậy của lưới điện phân phối lộ 464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5
Thượng Đình, Thành phố Hà Nội.
Bố cục của luận văn:
- Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn có các
chư ng như sau:
- Chư ng 1. C sở lý thuy t đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện.
- Chư ng 2. Phư ng pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối.
- Chư ng 3. Áp dụng t nh toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối lộ 464E1.5
Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng Đình, thành phố Hà Nội.
- Chư ng 4. t luận chung
e- Phƣơng pháp nghiên cứu
Hệ thống lý thuy t độ tin cậy cung cấp điện, nghiên cứu phư ng pháp đánh
giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.
Nghiên cứu, khai thác phần mềm Matlab đ xây dựng chư ng trình t nh
toán đánh giá độ tin cậy cung cấp điện.
Các k t quả nghiên cứu trong đề tài có th ứng dụng đối với việc đánh giá
độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối của Việt Nam nói chung và lộ
464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng Đình, thành phố Hà Nội nói
riêng.
f- K t luận
K t quả Luận văn phù hợp với yêu cầu đề tài nghiên cứu và định hướng áp
dung vào thực tiễn cho lưới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Thanh Xuân
nói riêng và hệ thống lưới điện phân phối 22kV của cả nước nói chung.
HỌC VIÊN
Trần Công Kiên
2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN
1.1- Các định nghĩa và khái niệm
1.1.1- Hệ thống điện và các phần tử
Hệ thống là tập hợp các phần tử tư ng tác trong một cấu trúc nhất định
nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khi n thống nhất trong ho t
động cũng như ti n tới sự phát tri n.
Phần tử là những bộ phận t o thành hệ thống mà trong một quá trình nhất
định được xem như một tổng th duy nhất không th chia cắt được, đặc trưng bởi
các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các y u tố bên ngoài như môi
trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử.
Hệ thống điện là một hệ thống các phần tử bao gồm các máy phát điện, các
tr m bi n áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải nối với nhau thành một hệ
thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Điện
năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy
hợp lý. Hệ thống điện phải được phát tri n tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh
t cao nhất.
Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống điện sau khi
bị hỏng sẽ được phục hồi đưa trở l i làm việc, do đó các tr ng thái hỏng hóc của
hệ thống cũng được phục hồi sau thời gian nhất định.
Đa số các phần tử của hệ thống điện còn được bảo dưỡng định kỳ đ phục
hồi khả năng làm việc đã bị suy giảm sau thời gian làm việc. Đa số các phần tử
hệ thống điện là phần tử phục hồi.
1.1.2- Độ tin cậy của hệ thống điện
Độ tin cậy là xác suất đ hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành triệt đ nhiệm
vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất
định [1]. Mức đo độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời
gian xác định. Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử).
Xác suất là đ i 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). Đấy là đối
với hệ thống (hai phần tử) không phản hồi.
Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như 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 được đo bởi một đ i lượng thích hợp
h n, đó là độ sẵn sàng.
Độ sẵn sàng là xác suất đ hệ thống (hay phần tử) hoàn thành hoặc sẵn sàng
hoàn thành nhiệm vụ trong thời đi m bất kỳ. Độ sẵn sàng cũng là xác suất đ hệ
3
thống ở tr ng thái tốt trong thời đi m bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời
gian hệ thống ở tr ng thái tốt vói tổng thời gian ho t động. Ngược l i với độ sẵn
sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất đ hệ thống (hay phần tử) ở tr ng thái
hỏng.
Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng được gọi chung là độ tin cậy) hoặc
độ không sẵn sàng chưa đủ đ đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ th , do đó
phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có t nh xác suất.
1.1.3- Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện
Một số chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện theo Quy định về công tác
Quản lý kỹ thuật trong Tập đoàn Điện lực Quốc gia Việt Nam [2].
Các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện SAIDI, SAIFI, MAIFI, CAIDI và
CAIFI trên lưới điện trung và h áp (từ 0,38 kV đ n dưới 110 kV) thống kê theo
02 lo i mất điện gồm mất điện thoáng qua và mất điện kéo dài. Việc thống kê và
t nh toán được thực hiện theo từng tháng, từng quý trong năm và cả năm.
a- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lƣới điện phân phối –
SAIDI:
AIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện kéo dài của các khách hàng
sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân
phối điện trong một tháng chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và các Đ n
vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân phối điện.
- Các chỉ số AIDI tháng, quý, năm được tính theo công thức sau:
n
T K i i t3 12
; SAIDI q SAIDI t ; SAIDI y SAIDI t
SAIDI t i 1
(1.1)
Kt t t 1 t 1
Trong đó:
- SAIDIt: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của tháng t tính bằng phút;
- SAIDIq: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của quý q tính bằng phút;
- SAIDIy: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của năm y t nh bằng phút;
- Ti: Thời gian mất điện kéo dài trên 05 phút lần thứ i trong tháng t;
- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i
trong tháng t;
- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện trong tháng t;
- n: Tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong tháng t thuộc ph m vi
cung cấp điện của Đ n vị phân phối điện;
- t1, t3: Từ tháng thứ nhất đ n tháng thứ 3 trong quý q.
4
b- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lƣới điện phân phối – SAIFI
AIFI được tính bằng tổng số lần khách hàng sử dụng điện và các đ n vị
phân phối và bán lẻ điện mua điện của đ n vị phân phối điện bị mất điện kéo dài
trong tháng chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và các đ n vị phân phối và
bán lẻ điện mua điện của đ n vị phân phối điện.
- Các chỉ số AIFI tháng, quý, năm được tính theo công thức sau:
n
K i t3 12
SAIFI q SAIFI t ; SAIFI y SAIFI t
SAIFI t i 1 ;
(1.2)
Kt t t1 t 1
Trong đó:
- SAIFIt: chỉ số về số lần mất điện kéo dài trung bình của tháng t;
- SAIFIq: chỉ số về số lần mất điện kéo dài trung bình của quý q;
- SAIFIy: chỉ số về số lần mất điện kéo dài trung bình của năm y;
- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i
trong tháng t;
- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện trong tháng t;
- n: Tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong tháng t thuộc ph m vi
cung cấp điện của Đ n vị phân phối điện;
- t1 , t3: Từ tháng thứ nhất đ n tháng thứ 3 trong quý q.
c- Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lƣới điện phân
phối – MAIFI
MAIFI được tính bằng tổng số lần khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị
phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị mất điện thoáng
qua trong tháng chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân
phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân phối điện theo.
Các chỉ số MAIFI tháng, quý, năm được tính theo công thức sau:
m
K i t3 12
; MAIFI q MAIFI t ; MAIFI y MAIFI t
MAIFI t i 1 (1.3)
Kt t t 1 t 1
Trong đó:
- MAIFIt: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của tháng t;
- MAIFIq: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của quý q;
- MAIFIy: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của năm y;
- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i
5
trong tháng t;
- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện trong tháng t;
- m: Tổng số lần mất điện thoáng qua (không quá 05 phút) trong tháng t
thuộc ph m vi cung cấp điện của Đ n vị phân phối điện;
- t1 , t3: Từ tháng thứ nhất đ n tháng thứ 3 trong quý q.
d- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của các khách hàng bị mất điện –
CAIFI
CAIFI cho bi t trung bình số lần mất điện kéo dài của một khách hàng bị
mất điện trong tháng (quý hoặc năm), phản ánh tần suất mất điện chỉ đối với các
khách hàng bị mất điện (khác với SAIFI phản ánh tần suất mất điện của toàn bộ
khách hàng trên khu vực).
Công thức t nh toán được th hiện như sau:
Tong so lan KH bi mat dien keo dai i 1 Ki
n
CAIFI (1.4)
Tong so KH bi mat dien keo dai K
Trong đó:
- Ki: số khách hàng mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần
mất điện kéo dài thứ i trong tháng (quý hoặc năm);
- n: tổng số lần mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm);
- ∑ : tổng số lần khách hàng mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh
hưởng bởi các lần mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm);
- Ki: Tổng số khách hàng bị mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm).
e- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của các khách hàng bị mất điện
– CAIDI
CAIDI cho bi t trung bình thời gian mất điện kéo dài của một khách hàng
bị mất điện trong tháng (quý hoặc năm), phản ánh thời gian khôi phục cấp điện
cho khách hàng của một lần (lượt) mất điện.
Công thức t nh toán được th hiện như sau:
Tong thoi gian cua cac lan KH bi mat dien keo dai i 1 Ti Ki
n
CAIFI (1.5)
Ki
n
Tong so lan KH bi mat dien keo dai
i 1
Trong đó:
- Ti: thời gian mất điện kéo dài của lần thứ i trong tháng (quý hoặc năm);
- Ki: số khách hàng mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần
mất điện kéo dài thứ i trong tháng (quý hoặc năm);
- n: tổng số lần mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm);
- ∑ : Tổng thời gian của các lần khách hàng bị mất điện kéo dài trong
6
tháng (quý hoặc năm);
- ∑ : Tổng số lần khách hàng bị mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc
năm).
1.1.4- Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
a- Trạng thái của phần tử
Phần tử của hệ thống điện có th ở các tr ng thái khác nhau phụ thuộc vào
tình tr ng kỹ thuật và chức năng của chúng. M i tr ng thái kéo dài trong khoảng
thời gian nhất định [1]. Đặc trưng của tr ng thái là: thời gian tr ng thái, xác suất
tr ng thái và tần suất tr ng thái.
Tất cả các tr ng thái có th xảy ra của một phần tử t o thành tập đủ các
tr ng thái của phần tử. Việc phần từ ở tr ng thái nào trong tập đủ các tr ng thái là
đ i lượng ngẫu nhiên được đo bởi xác suất phần tử ở tr ng thái đó hay gọi tắt là
xác suất tr ng thái. Tổng xác suất tr ng thái của tập đủ các tr ng thái bằng 1.
Phần tử bao giờ cũng ở một trong những tr ng thái của tập đủ các tr ng thái. Các
tr ng thái có xác suất nhỏ có th bỏ qua trong các bài toán khác nhau.
Xác suất tr ng thái tốt của phần tử ch nh là độ sẵn sàng, còn xác suất tr ng
thái hỏng ch nh là độ không sẵn sàng của phần tử.
b- Trạng thái của hệ thống điện
Tr ng thái của hệ thống điện là tổ hợp các tr ng thái của tất cả các phần tử
t o thành nó. Nói cách khác, m i tr ng thái của hệ thống điện là sự xảy ra đồng
thời các tr ng thái nào đó của các phần tử. Do đó xác suất tr ng thái của hệ thống
điện chính là tích của các xác suất tr ng thái của các phần tử n u giả thi t rằng
các phần tử của hệ thống điện độc lập với nhau. Đối với hệ thống điện giả thi t
này là đúng với hầu h t các phần tử và do đó được áp dụng trong hầu h t các bài
toán độ tin cậy. Các tr ng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn
hỏng hóc hệ thống điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy,
phụ thuộc vào mục đ ch của bài toán cụ th .
7
Mất công suất Thi u công suất
Hỏng
Hỏng máy
máy phát
phát phát phát
Nút nguồn bị
cô lập
Đường dây quá tải hoặc
Hỏng đường Độ dư thừa của điện áp nút không đ t
dây lưới giảm
Nút tải bị
cô lập Phụ tải mất điện
Hệ thống điện Hệ thống điện suy
bị phân rã sụp
ự cố lan rộng
Hình 1.1: Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
Số tr ng thái của hệ thống điện rất lớn (bằng 2n với n là số phần tử). Các
tr ng thái của hệ thống cũng được đặc trưng bởi:
- Thời gian trung bình hệ thống ở tr ng thái đó, gọi là thời gian tr ng thái Ti;
- Tần suất tr ng thái fi, là số lần hệ thống r i vào tr ng thái i trong một đ n vị
thời gian;
- Xác suất tr ng thái Pi, là xác suất hệ thống ở tr ng thái i, đó ch nh là thời
gian tư ng đối hệ thống ở tr ng thái i.
Các tr ng thái của hệ thống điện được chia làm hai tập: Tập tr ng thái tốt
trong đó hệ thống điện làm việc tốt; Tập tr ng thái hỏng trong đó hệ thống điện
bị hỏng theo tiêu chuẩn đã chọn. Trên hình 1.1 th hiện mối quan hệ giữa tr ng
thái hỏng của hai phần tử chính của hệ thống điện là máy phát và đường dây (bao
gồm cả máy bi n áp) với các tr ng thái hỏng của hệ thống điện. đồ trên hình
1.1 cho các tr ng thái hỏng của hệ thống điện, tức là các tr ng thái không hoàn
thành nhiệm vụ gồm: Phụ tải bị mất điện; hệ thống điện bị sụp đổ, mất điện một
phần hoặc toàn hệ thống.
Các nguyên nhân trực ti p khi n phụ tải mất điện gồm: Thi u công suất
phát; nút tải bị cô lập do sự cố đường dây cấp điện trực ti p; đường dây bị quá tải
hoặc điện áp nút không đ t yêu cầu; hệ thống điện bị phân rã. Tr ng thái hỏng
của máy phát và đường dây có gây ra các tr ng thái hỏng của hệ thống điện hay
không còn tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống điện: độ dư thừa công suất phát, độ dư
thừa khả năng tải của lưới điện. Và ch nh s đồ quan hệ tr ng thái này cho thấy
cần phải tác động th nào đ tăng độ tin cậy của hệ thống điện (Ví dụ đ tránh
8
nguy c thi u công suất phát do hỏng máy phát thì phải có dự trữ công suất
phát...)
1.1.5- Độ tin cậy của các phần từ
Độ tin cậy của các phần tử là y u tố quy t định độ tin cậy của hệ thống. Các
khái niệm c bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống. Do đó
nghiên cứu kỹ những khái niệm c bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần
thi t.
a- Phần tử không phục hồi
Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đ n lần hỏng đầu tiên. Thời gian làm
việc của phần tử từ lúc bắt đầu ho t động cho đ n khi hỏng hay còn gọi là thời
gian phục vụ T là đ i lưỡng ngẫu nhiên, vì thời đi m hỏng của phần tử là ngẫu
nhiên không bi t trước [1].
Ta có hàm phân bố FT(t):
FT (t) P(T t) (1.6)
P (T≤ t) là xác suất đ phần tử làm việc từ thời đi m 0 cho đ n thời đi m bất
kỳ t; t là bi n số. Đó cũng là xác suất đ phần tử hỏng trước hoặc đúng thời đi m t.
Hàm mật độ là FT(t):
1
fT (t) lim P(t T t t) (1.7)
t 0 t
fT(t).t là xác suất đ thời gian phục vụ T nằm trong khoảng (t, t +t) với t
đủ nhỏ.
Theo lý thuy t xác suất ta có:
1
FT t f T t .dt (1.8)
0
Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng c bản của m i đ i lượng
ngẫu nhiên. Bây giờ ta xét các đ i lượng c bản khác đặc trưng cho độ tin cậy
của phần tử.
Độ tin cậy R(t), theo định nghĩa của độ tin cậy, hàm R(t) có d ng:
R t P T t (1.9)
P(T > t) là xác suất đ thời gian phục vụ lớn h n t, cũng tức là hỏng hóc xảy
ra ở sau thời đi m t.
Suy ta ta có:
R t P T t (1.10)
Hàm tin cậy R(t) có tính chất bi n thiên từ 1 tới 0: R(0) = 1, R()= 0
9
FT(t)
R (t)
FT(t)
R (t)
t
Hình 1.2: Hàm phân bố R(t) và FT(t)
Định nghĩa cường độ hỏng hóc: với t đủ nhỏ thì (t). t chính là xác suất
đ phần tử đã phục vụ đ n thời đi m t sẽ hỏng trong khoảng t ti p theo.
Có th vi t:
1 t
t lim P t T t t (1.11)
t 0 t T
t
P t T t t là xác suất có điều kiện của hai sự kiện:
T
Phần tử hỏng trong khoảng (t, t + t) (sự kiện A); làm việc tốt đ n t (sự
kiện B). Theo công thức về xác suất của sự kiện giao giữa hai sự kiện A và B, ta
có:
P(A B) P(A).P(B) P(B).P(A / B) (1.12)
Hay:
P(A B)
P A / B (1.13)
P B
N u sự kiện A bao sự kiện B (xảy ra A thì đư ng nhiên đã xảy ra , nghĩa
là muốn làm việc trong khoảng t, t +t thì đư ng nhiên phải làm việc đ n t) như
trường hợp đang xét ta có: P(A/B)= 1 và P(A B)= P(A)
Như vậy:
P t T t t T t
P t T t t / T t
P T t
(1.14)
P t T t t f T t .t
P T t R t
Thay (1.14) vào (1.11) ta có:
f t f t
t T T (1.15)
R t 1 FT t
10
Công thức này cho quan hệ giữa các đ i lượng: hàm phân bố, hàm mật độ,
độ tin cậy và cường độ hỏng hóc. N u ta lấy logarit của R(t) rồi đ o hàm theo t,
sẽ được:
R ' t F'T t f T t
1n R t
d
(1.16)
dt R t R t R t
Suy ra:
d
t ln(R(t)) (1.17)
dt
Hay là:
t dt
t
R t e 0
(1.18)
Công thức trên là công thức c bản cho phép t nh được độ tin cậy của phần
tử khi bi t cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc thì được xác định
nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần từ.
Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện: (t) = = hằng số, do đó:
t dt
t
R(t) et ; R t e 0
; fT et (1.19)
Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ.
Thời gian làm viêc trung bình TLV
dR t
TLV t.fT t dt t dt R t dt (1.20)
0 0 dt 0
Với (t) = hằng số; R(t)= e-t; do đó:
1
TLV (1.21)
Công thức này rất quan trọng 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 t), hoặc là R(t).
b- Mô hình cƣờng độ hỏng hóc (t)
Trong thực t với các phần tử không phục hồi, (t) có d ng hình chậu, có
th chia làm ba miền theo các thời kỳ sau:
- Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng hóc do các khuy t tật
khi lắp ráp, (t) giảm dần (thời kỳ ch y rốt đa).
- Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử(t) hằng số.
- Thời kỳ già c i (t) tăng dần.
Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phân tử này có các bộ
11
phận luôn bị già hóa, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy, người ta phải áp dụng
biện pháp bảo dưỡng định kỳ đ phục hồi độ tin cậy của phân tử. Sau khi bảo
dưỡng định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở l i giá trị ban đầu. Bảo dưỡng định kỳ
làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb.
Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có th xem như (t)
là hằng số và bằng tb đ t nh toán độ tin cậy.
λ(t) λ(t)
λtb
I II III Thời đi m bảo dưỡng t
t
0 0
a) b)
Hình 1.3: Mô hình cƣờng độ hỏng hóc t)
c- Phần tử phục hồi
Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi =0. Giả thi t rằng sửa chữa
như mới. Trong thực t , đây là các trường hợp phần tử hỏng được thay th rất
nhanh bằng phần tử mới (ví dụ như máy bi n áp). Phần tử được xem như luôn ở
trong tr ng thái tốt. Đ i lượng đặc trưng cho hỏng hóc của lo i phần tư này là:
Thông số của dòng hỏng hóc (t):
1
t lim P (1.22)
t 0 t
(hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t)
So với định nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc
tốt từ đầu cho đ n t, mà chỉ cần ở thời đi m t nó đang làm việc, điều kiện này
luôn đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng hóc nó được phục hồi tức thời.
Tư ng tự như (t), đ i lượng (t).∆t là xác suất đ hỏng hóc xảy ra trong
khoảng (t, t +∆t). Dưới đây thi t lập công thức tính (t):
Ta xét khoảng thời gian từ 0 đ n t, trong đó phần tử có th hòng 1 lần, 2
lần… đ n k lần. Đặt f1(t)=fT(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đ n lần
hỏng đầu tiên: f1(t)=fT(t)
f2(t) là phân bố xác suất của thời gian làm việc đ n lần hỏng thứ 2… và fk(t)
là phân bố xác suất của thời gian làm việc đ n lần hỏng thứ k.
Đ tính f2(t), ta giả thi t lần hỏng đầu tiên xảy ra ở < t, như vậy thời gian
làm việc từ lần hỏng thứ 1 đ n lần hỏng thứ 2 là t-.
12
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của
lƣới điện phân phối lộ 464E1.5 Thƣợng
Đình liên thông 480E1.5 Thƣợng Đình,
Thành phố Hà Nội
TRẦN CÔNG KIÊN
[email protected]
Ngành Quản lý Kỹ thuật Công nghệ - Kỹ thuật điện
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. ê Việt Ti n
T ƣờng Điện – Điện tử Chữ ký của GVHD
HÀ NỘI, 9/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Trần Công Kiên
Đề tài luận văn Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối
lộ 464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng Đình, Thành phố Hà Nội
Chuyên ngành: Quản lý Kỹ thuật Công nghệ - Kỹ thuật điện
Mã số SV: 20202615M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
29/10/2022 với các nội dung sau:
- T nh toán l i phư ng án 2 t i các trang 53 và 54.
- ổ sung k t quả t i bảng 3.6 trang 56.
- i m tra l i các l i văn bản của luận văn.
Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn
TS. ê Việt Ti n Trần Công Kiên
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS. ê Đức Tùng
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của TS. Lê Việt Ti n. Các nghiên cứu và k t quả được trình
bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản
luận văn nào trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm n và các thông tin tr ch dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ
ràng và được phép công bố.
Tác giả luận văn
Trần Công Kiên
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin chân thành cảm n thầy TS. Lê Việt Ti n đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đ hoàn thành luận văn
này. Em xin gửi lời cảm n đ n toàn th thầy cô bộ môn Trường Điện – Điện tử;
Viện Kinh t và Quản lý - Đ i học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giảng d y, chỉ
bảo, truyền đ t nguồn ki n thức sâu rộng và những kinh nghiệm quý báu cho em
trong suốt thời gian học t i trường.
Xin cảm n gia đình, b n bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, t o điều kiện, ủng
hộ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã n lực h t mình, nhưng do khả năng, ki n thức có h n, lĩnh vực
liên quan đ n luận văn khá rộng, nên không th tránh được những sai sót trong
quá trình thực hiện. Do vậy, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các
thầy cô đ em có được thêm những ki n thức, kinh nghiệm chuẩn bị cho công
việc thực t sau này.
HỌC VIÊN
Trần Công Kiên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN ...................................................................................................... 3
1.1- Các định nghĩa và khái niệm ...................................................................... 3
1.1.1- Hệ thống điện và các phần tử .............................................................. 3
1.1.2- Độ tin cậy của hệ thống điện ............................................................... 3
1.1.3- Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện ............................. 4
1.1.4- Tr ng thái hỏng hóc của hệ thống điện ............................................... 7
1.1.5- Độ tin cậy của các phần từ .................................................................. 9
1.2- Yêu cầu đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thi t k lƣới
điện 16
1.2.1- Các nguyên nhân gây mất điện ......................................................... 16
1.2.2- Ảnh hưởng của độ tin cậy đ n tổn thất kinh t và cấu trúc lưới điện 17
1.2.3- Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh t ........................................ 19
1.2.4- Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ............................ 20
1.2.5- Phân lo i bài toán độ tin cậy ............................................................. 22
1.3- Tổng quan về tính toán độ tin cậy cho lƣới phân phối .......................... 24
1.4- Tình hình nghiên cứu độ tin cậy lƣới phân phối tại Tổng Công ty điện
lực TP Hà Nội ..................................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO ƢỚI
PHÂN PHỐI VÀ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ................ 27
2.1- Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia không phân đoạn ..................... 27
2.2- Độ tin cậy của lƣới phân phối hình tia có phân đoạn ............................ 28
2.3- Xây dựng chƣơng t ình đánh giá độ tin cậy trên máy tính ................... 30
2.3.1- Cấu trúc lưới phân phối và ho t động của thi t bị phân đo n .......... 30
2.3.2- Các chỉ tiêu độ tin cậy cần tính ......................................................... 31
2.3.3- Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy của các đo n lưới ................................ 32
2.4- Giới thiệu chƣơng t ình tính toán độ tin cậy lƣới phân phối ................ 37
2.4.1- Giao diện chư ng trình ..................................................................... 37
2.4.2- Nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới ...................................................... 39
2.4.3- Nhập thông số tính toán .................................................................... 39
2.4.4 Nhập thông số phụ tải ...................................................................... 39
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CHO ƢỚI PHÂN
PHỔI LỘ 464E1.5 THƢỢNG ĐÌNH IÊN THÔNG 480E1.5 THƢỢNG
ĐÌNH, THÀNH PHỐ HÀ NỘI ......................................................................... 40
3.1- Bài toán quy hoạch phát triển lƣới điện phân phối lộ 464E1.5 Thƣợng
Đình liên thông 480E1.5 Thƣợng Đình, thành phố Hà Nội ............................ 40
3.1.1- Phư ng án 1 ...................................................................................... 44
3.1.2- Phư ng án 2 ...................................................................................... 46
3.1.3- Phư ng án 3 ...................................................................................... 48
3.1.4- Phư ng án 4 ...................................................................................... 51
3.2- Tính toán định lƣợng các chỉ tiêu độ tin cậy ........................................... 53
3.2.1- Phư ng án 1 ...................................................................................... 53
3.2.2- Phư ng án 2 ...................................................................................... 53
3.2.3- Phư ng án 3 ...................................................................................... 54
3.2.4- Phư ng án 4 ...................................................................................... 55
3.3- Nhận xét đánh giá k t quả tính toán........................................................ 56
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG ................................................................. 58
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Số liệu các nút và nhánh của s đồ cấu trúc ngược ............................. 43
Bảng 3.2: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 1 ............................................... 53
Bảng 3.3: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 2 ............................................... 53
Bảng 3.4: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 3 ............................................... 54
Bảng 3.5: Các số liệu s đồ đẳng trị phư ng án 4 ............................................... 55
Bảng 3.6: Tổng hợp k t quả t nh toán độ tin cậy các phư ng án......................... 56
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các tr ng thái hỏng hóc của hệ thống điện ............................................ 8
Hình 1.2: Hàm phân bố R(t) và FT(t) ................................................................... 10
Hình 1.3: Mô hình cường độ hỏng hóc t) ......................................................... 12
Hình 1.4: Chuy n tr ng thái của phần tử ............................................................. 14
Hình 1.5: Mô hình bảo dưỡng định kỳ ................................................................. 15
Hình 1.6: Độ tin cậy trong bài toán kinh t .......................................................... 20
Hình 1.7: Phân lo i bài toán độ tin cậy ................................................................ 22
Hình 2.1: Lưới phân phối hình tia ........................................................................ 27
Hình 2.2: Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược............................................... 31
Hình 2.3 Thuật toán tính ma trận đường nối ........................................................ 35
Hình 2.4: đồ thuật toán giao diện .................................................................... 36
Hình 2.5: đồ khối chư ng trình t nh toán độ tin cậy....................................... 37
Hình 2.6: Giao diện của chư ng trình t nh toán độ tin cậy .................................. 38
Hình 2.7: Giao diện nhập dữ liệu mô tả cấu trúc lưới .......................................... 39
Hình 2.8: Giao diện nhập thông số t nh toán ....................................................... 39
Hình 2.9: Giao diện nhập thông số phụ tải .......................................................... 39
Hình 3.1: đồ một sợi lộ 464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng
Đình ...................................................................................................................... 42
Hình 3.2: đồ đẳng trị phư ng án 1 .................................................................. 44
Hình 3.3: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 1 ......................................... 45
Hình 3.4: đồ đẳng trị phư ng án 2 .................................................................. 46
Hình 3.5: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 2 ......................................... 47
Hình 3.6: đồ đẳng trị phư ng án 3 .................................................................. 48
Hình 3.7: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 3 ......................................... 50
Hình 3.8: đồ đẳng trị phư ng án 4 .................................................................. 51
Hình 3.9: đồ đánh số cấu trúc ngược phư ng án 4 ......................................... 52
Hình 3.10: K t quả t nh toán độ tin cậy phư ng án 2 .......................................... 54
Hình 3.11: K t quả t nh toán độ tin cậy phư ng án 3 .......................................... 55
Hình 3.12: K t quả t nh toán độ tin cậy phư ng án 4 .......................................... 56
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
1- Đề tài: Nghiên cứu và đánh giá độ tin cậy của lƣới điện phân phối lộ
464E1.5 Thƣợng Đình liên thông 480E1.5 Thƣợng Đình, Thành phố Hà Nội.
2- Tác giả luận văn: Trần Công Kiên MSSV: 20202615M
3- Người hướng dẫn: TS. Lê Việt Ti n
4- Nội dung tóm tắt:
b- Lý do chọn đề tài:
Quận Thanh Xuân là một trong những quận nội thành thuộc thành phố Hà
Nội, thủ đô thủ đô nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, trung tâm đầu
não, chính trị, hành chính của cả nước, đô thị lo i đặc biệt, là trung tâm văn hóa,
giáo dục đào t o và khoa học kỹ thuật quan trọng của cả nước.
Với tính chất đó việc: xây dựng và phát tri n nguồn điện và lưới điện đáp
ứng kịp thời nhu cầu phụ tải theo dự báo, phù hợp với chi n lược phát tri n
ngành và quy ho ch phát tri n điện lực của Thành phố nói chung và quận Thanh
Xuân nói riêng; Đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ phụ tải trong ch độ
vận hành bình thường và sự cố; s đồ phát tri n lưới điện phải có độ dự trữ, đ n
giản, linh ho t, đảm bảo chất lượng điện năng cho sự phát tri n kinh t , xã hội
h t sức cần thi t.
Đ đảm bảo nâng cao chất lượng điện năng và chỉ số hài lòng khách hàng
sử dụng điện cần phải:
- Đảm bảo vận hành an toàn, cung ứng điện ổn định cho các phụ tải trên địa
bàn.
- Suất sự cố năm sau giảm so với năm trước.
- Giảm tổn thất điện năng.
Do đó Luận văn tập trung tìm hi u các yêu cầu và phư ng pháp t nh toán độ
tin cậy cho lưới điện phân phối, đưa ra các biện pháp nâng cao độ tin cậy và sử
dụng k t quả tìm hi u áp dụng tính toán cụ th tiêu chuẩn độ tin cậy cho một số
phư ng án vận hành của lưới điện phân phối thực t t i Việt Nam.
c- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Đề tài dự ki n tìm hi u các tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy, các phư ng pháp
t nh toán độ tin cậy cho lưới phân phối, phư ng pháp xử lý số liệu thực t , xây
dựng chư ng trình t nh toán trên số liệu đã xử lý đ đánh giá độ tin cậy của các
phư ng án vận hành lưới phân phối, từ đó so sánh một số biện pháp nâng cao độ
tin cậy và áp dụng t nh toán cho lưới phân phối thực t t i Việt Nam.
d- Nội dung nghiên cứu
Luận văn tìm hi u tổng quan về yêu cầu nâng cao độ tin cậy cho lưới điện
phân phối. Em cũng tìm hi u phân lo i, cấu t o và chức năng của thi t bị đóng
cắt; đề xuất các phư ng án lắp đặt thi t bị đóng cắt: xác định số lượng và vị trí
1
đặt tối ưu đ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện thực t ; so sánh,
đánh giá hiệu quả kinh t kỹ thuật và đề xuất phư ng án tối ưu.
Trên c sở lý thuy t phân t ch đánh giá các tr ng thái hư hỏng của hệ thống
điện, các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới điện và các nguyên nhân gây mất
điện từ đó sử dụng phư ng pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối, sử dụng
phần mềm Matlab đ tính toán và áp dụng thực hiện nghiên cứu và đánh giá độ
tin cậy của lưới điện phân phối lộ 464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5
Thượng Đình, Thành phố Hà Nội.
Bố cục của luận văn:
- Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn có các
chư ng như sau:
- Chư ng 1. C sở lý thuy t đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện.
- Chư ng 2. Phư ng pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối.
- Chư ng 3. Áp dụng t nh toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối lộ 464E1.5
Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng Đình, thành phố Hà Nội.
- Chư ng 4. t luận chung
e- Phƣơng pháp nghiên cứu
Hệ thống lý thuy t độ tin cậy cung cấp điện, nghiên cứu phư ng pháp đánh
giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.
Nghiên cứu, khai thác phần mềm Matlab đ xây dựng chư ng trình t nh
toán đánh giá độ tin cậy cung cấp điện.
Các k t quả nghiên cứu trong đề tài có th ứng dụng đối với việc đánh giá
độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối của Việt Nam nói chung và lộ
464E1.5 Thượng Đình liên thông 480E1.5 Thượng Đình, thành phố Hà Nội nói
riêng.
f- K t luận
K t quả Luận văn phù hợp với yêu cầu đề tài nghiên cứu và định hướng áp
dung vào thực tiễn cho lưới điện phân phối 22kV Công ty Điện lực Thanh Xuân
nói riêng và hệ thống lưới điện phân phối 22kV của cả nước nói chung.
HỌC VIÊN
Trần Công Kiên
2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN
1.1- Các định nghĩa và khái niệm
1.1.1- Hệ thống điện và các phần tử
Hệ thống là tập hợp các phần tử tư ng tác trong một cấu trúc nhất định
nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khi n thống nhất trong ho t
động cũng như ti n tới sự phát tri n.
Phần tử là những bộ phận t o thành hệ thống mà trong một quá trình nhất
định được xem như một tổng th duy nhất không th chia cắt được, đặc trưng bởi
các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các y u tố bên ngoài như môi
trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử.
Hệ thống điện là một hệ thống các phần tử bao gồm các máy phát điện, các
tr m bi n áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải nối với nhau thành một hệ
thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Điện
năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy
hợp lý. Hệ thống điện phải được phát tri n tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh
t cao nhất.
Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống điện sau khi
bị hỏng sẽ được phục hồi đưa trở l i làm việc, do đó các tr ng thái hỏng hóc của
hệ thống cũng được phục hồi sau thời gian nhất định.
Đa số các phần tử của hệ thống điện còn được bảo dưỡng định kỳ đ phục
hồi khả năng làm việc đã bị suy giảm sau thời gian làm việc. Đa số các phần tử
hệ thống điện là phần tử phục hồi.
1.1.2- Độ tin cậy của hệ thống điện
Độ tin cậy là xác suất đ hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành triệt đ nhiệm
vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất
định [1]. Mức đo độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời
gian xác định. Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử).
Xác suất là đ i 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). Đấy là đối
với hệ thống (hai phần tử) không phản hồi.
Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như 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 được đo bởi một đ i lượng thích hợp
h n, đó là độ sẵn sàng.
Độ sẵn sàng là xác suất đ hệ thống (hay phần tử) hoàn thành hoặc sẵn sàng
hoàn thành nhiệm vụ trong thời đi m bất kỳ. Độ sẵn sàng cũng là xác suất đ hệ
3
thống ở tr ng thái tốt trong thời đi m bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời
gian hệ thống ở tr ng thái tốt vói tổng thời gian ho t động. Ngược l i với độ sẵn
sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất đ hệ thống (hay phần tử) ở tr ng thái
hỏng.
Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng được gọi chung là độ tin cậy) hoặc
độ không sẵn sàng chưa đủ đ đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ th , do đó
phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có t nh xác suất.
1.1.3- Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện
Một số chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện theo Quy định về công tác
Quản lý kỹ thuật trong Tập đoàn Điện lực Quốc gia Việt Nam [2].
Các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện SAIDI, SAIFI, MAIFI, CAIDI và
CAIFI trên lưới điện trung và h áp (từ 0,38 kV đ n dưới 110 kV) thống kê theo
02 lo i mất điện gồm mất điện thoáng qua và mất điện kéo dài. Việc thống kê và
t nh toán được thực hiện theo từng tháng, từng quý trong năm và cả năm.
a- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lƣới điện phân phối –
SAIDI:
AIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện kéo dài của các khách hàng
sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân
phối điện trong một tháng chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và các Đ n
vị phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân phối điện.
- Các chỉ số AIDI tháng, quý, năm được tính theo công thức sau:
n
T K i i t3 12
; SAIDI q SAIDI t ; SAIDI y SAIDI t
SAIDI t i 1
(1.1)
Kt t t 1 t 1
Trong đó:
- SAIDIt: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của tháng t tính bằng phút;
- SAIDIq: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của quý q tính bằng phút;
- SAIDIy: chỉ số về thời gian mất điện trung bình của năm y t nh bằng phút;
- Ti: Thời gian mất điện kéo dài trên 05 phút lần thứ i trong tháng t;
- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i
trong tháng t;
- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện trong tháng t;
- n: Tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong tháng t thuộc ph m vi
cung cấp điện của Đ n vị phân phối điện;
- t1, t3: Từ tháng thứ nhất đ n tháng thứ 3 trong quý q.
4
b- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lƣới điện phân phối – SAIFI
AIFI được tính bằng tổng số lần khách hàng sử dụng điện và các đ n vị
phân phối và bán lẻ điện mua điện của đ n vị phân phối điện bị mất điện kéo dài
trong tháng chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và các đ n vị phân phối và
bán lẻ điện mua điện của đ n vị phân phối điện.
- Các chỉ số AIFI tháng, quý, năm được tính theo công thức sau:
n
K i t3 12
SAIFI q SAIFI t ; SAIFI y SAIFI t
SAIFI t i 1 ;
(1.2)
Kt t t1 t 1
Trong đó:
- SAIFIt: chỉ số về số lần mất điện kéo dài trung bình của tháng t;
- SAIFIq: chỉ số về số lần mất điện kéo dài trung bình của quý q;
- SAIFIy: chỉ số về số lần mất điện kéo dài trung bình của năm y;
- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i
trong tháng t;
- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện trong tháng t;
- n: Tổng số lần mất điện kéo dài trên 05 phút trong tháng t thuộc ph m vi
cung cấp điện của Đ n vị phân phối điện;
- t1 , t3: Từ tháng thứ nhất đ n tháng thứ 3 trong quý q.
c- Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lƣới điện phân
phối – MAIFI
MAIFI được tính bằng tổng số lần khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị
phân phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị mất điện thoáng
qua trong tháng chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân
phối và bán lẻ điện mua điện của Đ n vị phân phối điện theo.
Các chỉ số MAIFI tháng, quý, năm được tính theo công thức sau:
m
K i t3 12
; MAIFI q MAIFI t ; MAIFI y MAIFI t
MAIFI t i 1 (1.3)
Kt t t 1 t 1
Trong đó:
- MAIFIt: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của tháng t;
- MAIFIq: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của quý q;
- MAIFIy: chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của năm y;
- Ki: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần mất điện thứ i
5
trong tháng t;
- Kt: Tổng số Khách hàng sử dụng điện và các Đ n vị phân phối và bán lẻ
điện mua điện của Đ n vị phân phối điện trong tháng t;
- m: Tổng số lần mất điện thoáng qua (không quá 05 phút) trong tháng t
thuộc ph m vi cung cấp điện của Đ n vị phân phối điện;
- t1 , t3: Từ tháng thứ nhất đ n tháng thứ 3 trong quý q.
d- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của các khách hàng bị mất điện –
CAIFI
CAIFI cho bi t trung bình số lần mất điện kéo dài của một khách hàng bị
mất điện trong tháng (quý hoặc năm), phản ánh tần suất mất điện chỉ đối với các
khách hàng bị mất điện (khác với SAIFI phản ánh tần suất mất điện của toàn bộ
khách hàng trên khu vực).
Công thức t nh toán được th hiện như sau:
Tong so lan KH bi mat dien keo dai i 1 Ki
n
CAIFI (1.4)
Tong so KH bi mat dien keo dai K
Trong đó:
- Ki: số khách hàng mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần
mất điện kéo dài thứ i trong tháng (quý hoặc năm);
- n: tổng số lần mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm);
- ∑ : tổng số lần khách hàng mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh
hưởng bởi các lần mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm);
- Ki: Tổng số khách hàng bị mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm).
e- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của các khách hàng bị mất điện
– CAIDI
CAIDI cho bi t trung bình thời gian mất điện kéo dài của một khách hàng
bị mất điện trong tháng (quý hoặc năm), phản ánh thời gian khôi phục cấp điện
cho khách hàng của một lần (lượt) mất điện.
Công thức t nh toán được th hiện như sau:
Tong thoi gian cua cac lan KH bi mat dien keo dai i 1 Ti Ki
n
CAIFI (1.5)
Ki
n
Tong so lan KH bi mat dien keo dai
i 1
Trong đó:
- Ti: thời gian mất điện kéo dài của lần thứ i trong tháng (quý hoặc năm);
- Ki: số khách hàng mua điện của Đ n vị phân phối điện bị ảnh hưởng bởi lần
mất điện kéo dài thứ i trong tháng (quý hoặc năm);
- n: tổng số lần mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc năm);
- ∑ : Tổng thời gian của các lần khách hàng bị mất điện kéo dài trong
6
tháng (quý hoặc năm);
- ∑ : Tổng số lần khách hàng bị mất điện kéo dài trong tháng (quý hoặc
năm).
1.1.4- Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
a- Trạng thái của phần tử
Phần tử của hệ thống điện có th ở các tr ng thái khác nhau phụ thuộc vào
tình tr ng kỹ thuật và chức năng của chúng. M i tr ng thái kéo dài trong khoảng
thời gian nhất định [1]. Đặc trưng của tr ng thái là: thời gian tr ng thái, xác suất
tr ng thái và tần suất tr ng thái.
Tất cả các tr ng thái có th xảy ra của một phần tử t o thành tập đủ các
tr ng thái của phần tử. Việc phần từ ở tr ng thái nào trong tập đủ các tr ng thái là
đ i lượng ngẫu nhiên được đo bởi xác suất phần tử ở tr ng thái đó hay gọi tắt là
xác suất tr ng thái. Tổng xác suất tr ng thái của tập đủ các tr ng thái bằng 1.
Phần tử bao giờ cũng ở một trong những tr ng thái của tập đủ các tr ng thái. Các
tr ng thái có xác suất nhỏ có th bỏ qua trong các bài toán khác nhau.
Xác suất tr ng thái tốt của phần tử ch nh là độ sẵn sàng, còn xác suất tr ng
thái hỏng ch nh là độ không sẵn sàng của phần tử.
b- Trạng thái của hệ thống điện
Tr ng thái của hệ thống điện là tổ hợp các tr ng thái của tất cả các phần tử
t o thành nó. Nói cách khác, m i tr ng thái của hệ thống điện là sự xảy ra đồng
thời các tr ng thái nào đó của các phần tử. Do đó xác suất tr ng thái của hệ thống
điện chính là tích của các xác suất tr ng thái của các phần tử n u giả thi t rằng
các phần tử của hệ thống điện độc lập với nhau. Đối với hệ thống điện giả thi t
này là đúng với hầu h t các phần tử và do đó được áp dụng trong hầu h t các bài
toán độ tin cậy. Các tr ng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn
hỏng hóc hệ thống điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy,
phụ thuộc vào mục đ ch của bài toán cụ th .
7
Mất công suất Thi u công suất
Hỏng
Hỏng máy
máy phát
phát phát phát
Nút nguồn bị
cô lập
Đường dây quá tải hoặc
Hỏng đường Độ dư thừa của điện áp nút không đ t
dây lưới giảm
Nút tải bị
cô lập Phụ tải mất điện
Hệ thống điện Hệ thống điện suy
bị phân rã sụp
ự cố lan rộng
Hình 1.1: Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
Số tr ng thái của hệ thống điện rất lớn (bằng 2n với n là số phần tử). Các
tr ng thái của hệ thống cũng được đặc trưng bởi:
- Thời gian trung bình hệ thống ở tr ng thái đó, gọi là thời gian tr ng thái Ti;
- Tần suất tr ng thái fi, là số lần hệ thống r i vào tr ng thái i trong một đ n vị
thời gian;
- Xác suất tr ng thái Pi, là xác suất hệ thống ở tr ng thái i, đó ch nh là thời
gian tư ng đối hệ thống ở tr ng thái i.
Các tr ng thái của hệ thống điện được chia làm hai tập: Tập tr ng thái tốt
trong đó hệ thống điện làm việc tốt; Tập tr ng thái hỏng trong đó hệ thống điện
bị hỏng theo tiêu chuẩn đã chọn. Trên hình 1.1 th hiện mối quan hệ giữa tr ng
thái hỏng của hai phần tử chính của hệ thống điện là máy phát và đường dây (bao
gồm cả máy bi n áp) với các tr ng thái hỏng của hệ thống điện. đồ trên hình
1.1 cho các tr ng thái hỏng của hệ thống điện, tức là các tr ng thái không hoàn
thành nhiệm vụ gồm: Phụ tải bị mất điện; hệ thống điện bị sụp đổ, mất điện một
phần hoặc toàn hệ thống.
Các nguyên nhân trực ti p khi n phụ tải mất điện gồm: Thi u công suất
phát; nút tải bị cô lập do sự cố đường dây cấp điện trực ti p; đường dây bị quá tải
hoặc điện áp nút không đ t yêu cầu; hệ thống điện bị phân rã. Tr ng thái hỏng
của máy phát và đường dây có gây ra các tr ng thái hỏng của hệ thống điện hay
không còn tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống điện: độ dư thừa công suất phát, độ dư
thừa khả năng tải của lưới điện. Và ch nh s đồ quan hệ tr ng thái này cho thấy
cần phải tác động th nào đ tăng độ tin cậy của hệ thống điện (Ví dụ đ tránh
8
nguy c thi u công suất phát do hỏng máy phát thì phải có dự trữ công suất
phát...)
1.1.5- Độ tin cậy của các phần từ
Độ tin cậy của các phần tử là y u tố quy t định độ tin cậy của hệ thống. Các
khái niệm c bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống. Do đó
nghiên cứu kỹ những khái niệm c bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần
thi t.
a- Phần tử không phục hồi
Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đ n lần hỏng đầu tiên. Thời gian làm
việc của phần tử từ lúc bắt đầu ho t động cho đ n khi hỏng hay còn gọi là thời
gian phục vụ T là đ i lưỡng ngẫu nhiên, vì thời đi m hỏng của phần tử là ngẫu
nhiên không bi t trước [1].
Ta có hàm phân bố FT(t):
FT (t) P(T t) (1.6)
P (T≤ t) là xác suất đ phần tử làm việc từ thời đi m 0 cho đ n thời đi m bất
kỳ t; t là bi n số. Đó cũng là xác suất đ phần tử hỏng trước hoặc đúng thời đi m t.
Hàm mật độ là FT(t):
1
fT (t) lim P(t T t t) (1.7)
t 0 t
fT(t).t là xác suất đ thời gian phục vụ T nằm trong khoảng (t, t +t) với t
đủ nhỏ.
Theo lý thuy t xác suất ta có:
1
FT t f T t .dt (1.8)
0
Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng c bản của m i đ i lượng
ngẫu nhiên. Bây giờ ta xét các đ i lượng c bản khác đặc trưng cho độ tin cậy
của phần tử.
Độ tin cậy R(t), theo định nghĩa của độ tin cậy, hàm R(t) có d ng:
R t P T t (1.9)
P(T > t) là xác suất đ thời gian phục vụ lớn h n t, cũng tức là hỏng hóc xảy
ra ở sau thời đi m t.
Suy ta ta có:
R t P T t (1.10)
Hàm tin cậy R(t) có tính chất bi n thiên từ 1 tới 0: R(0) = 1, R()= 0
9
FT(t)
R (t)
FT(t)
R (t)
t
Hình 1.2: Hàm phân bố R(t) và FT(t)
Định nghĩa cường độ hỏng hóc: với t đủ nhỏ thì (t). t chính là xác suất
đ phần tử đã phục vụ đ n thời đi m t sẽ hỏng trong khoảng t ti p theo.
Có th vi t:
1 t
t lim P t T t t (1.11)
t 0 t T
t
P t T t t là xác suất có điều kiện của hai sự kiện:
T
Phần tử hỏng trong khoảng (t, t + t) (sự kiện A); làm việc tốt đ n t (sự
kiện B). Theo công thức về xác suất của sự kiện giao giữa hai sự kiện A và B, ta
có:
P(A B) P(A).P(B) P(B).P(A / B) (1.12)
Hay:
P(A B)
P A / B (1.13)
P B
N u sự kiện A bao sự kiện B (xảy ra A thì đư ng nhiên đã xảy ra , nghĩa
là muốn làm việc trong khoảng t, t +t thì đư ng nhiên phải làm việc đ n t) như
trường hợp đang xét ta có: P(A/B)= 1 và P(A B)= P(A)
Như vậy:
P t T t t T t
P t T t t / T t
P T t
(1.14)
P t T t t f T t .t
P T t R t
Thay (1.14) vào (1.11) ta có:
f t f t
t T T (1.15)
R t 1 FT t
10
Công thức này cho quan hệ giữa các đ i lượng: hàm phân bố, hàm mật độ,
độ tin cậy và cường độ hỏng hóc. N u ta lấy logarit của R(t) rồi đ o hàm theo t,
sẽ được:
R ' t F'T t f T t
1n R t
d
(1.16)
dt R t R t R t
Suy ra:
d
t ln(R(t)) (1.17)
dt
Hay là:
t dt
t
R t e 0
(1.18)
Công thức trên là công thức c bản cho phép t nh được độ tin cậy của phần
tử khi bi t cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc thì được xác định
nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần từ.
Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện: (t) = = hằng số, do đó:
t dt
t
R(t) et ; R t e 0
; fT et (1.19)
Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ.
Thời gian làm viêc trung bình TLV
dR t
TLV t.fT t dt t dt R t dt (1.20)
0 0 dt 0
Với (t) = hằng số; R(t)= e-t; do đó:
1
TLV (1.21)
Công thức này rất quan trọng 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 t), hoặc là R(t).
b- Mô hình cƣờng độ hỏng hóc (t)
Trong thực t với các phần tử không phục hồi, (t) có d ng hình chậu, có
th chia làm ba miền theo các thời kỳ sau:
- Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng hóc do các khuy t tật
khi lắp ráp, (t) giảm dần (thời kỳ ch y rốt đa).
- Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử(t) hằng số.
- Thời kỳ già c i (t) tăng dần.
Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phân tử này có các bộ
11
phận luôn bị già hóa, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy, người ta phải áp dụng
biện pháp bảo dưỡng định kỳ đ phục hồi độ tin cậy của phân tử. Sau khi bảo
dưỡng định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở l i giá trị ban đầu. Bảo dưỡng định kỳ
làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb.
Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có th xem như (t)
là hằng số và bằng tb đ t nh toán độ tin cậy.
λ(t) λ(t)
λtb
I II III Thời đi m bảo dưỡng t
t
0 0
a) b)
Hình 1.3: Mô hình cƣờng độ hỏng hóc t)
c- Phần tử phục hồi
Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi =0. Giả thi t rằng sửa chữa
như mới. Trong thực t , đây là các trường hợp phần tử hỏng được thay th rất
nhanh bằng phần tử mới (ví dụ như máy bi n áp). Phần tử được xem như luôn ở
trong tr ng thái tốt. Đ i lượng đặc trưng cho hỏng hóc của lo i phần tư này là:
Thông số của dòng hỏng hóc (t):
1
t lim P (1.22)
t 0 t
(hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + ∆t)
So với định nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc
tốt từ đầu cho đ n t, mà chỉ cần ở thời đi m t nó đang làm việc, điều kiện này
luôn đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng hóc nó được phục hồi tức thời.
Tư ng tự như (t), đ i lượng (t).∆t là xác suất đ hỏng hóc xảy ra trong
khoảng (t, t +∆t). Dưới đây thi t lập công thức tính (t):
Ta xét khoảng thời gian từ 0 đ n t, trong đó phần tử có th hòng 1 lần, 2
lần… đ n k lần. Đặt f1(t)=fT(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đ n lần
hỏng đầu tiên: f1(t)=fT(t)
f2(t) là phân bố xác suất của thời gian làm việc đ n lần hỏng thứ 2… và fk(t)
là phân bố xác suất của thời gian làm việc đ n lần hỏng thứ k.
Đ tính f2(t), ta giả thi t lần hỏng đầu tiên xảy ra ở < t, như vậy thời gian
làm việc từ lần hỏng thứ 1 đ n lần hỏng thứ 2 là t-.
12