TÓM TẮT:
Bài viết nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang. Trong đó, bài nghiên cứu tính toán độ tin cậy của hệ thống điện phân phối TP. Mỹ Tho và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện phân phối tỉnh Mỹ Tho, như: áp dụng các biện pháp để giảm nhỏ cường độ sự cố các phần tử, rút ngắn thời gian sửa chữa sự cố, phân đoạn các xuất tuyến bằng các thiết bị đóng cắt như máy cắt, recloser, dao cách ly, FCO,…
Từ khóa: độ tin cậy, lưới điện phân phối, TP. Mỹ Tho, Công ty Điện lực Việt Nam.
1. Đặt vấn đề
Trong sự phát triển kinh tế của một đất nước ngành Điện luôn là một trong những ngành phải đi trước một bước. Để hoàn thành sứ mệnh này, ngành Điện lực Việt Nam phải luôn phấn đấu không ngừng để đảm bảo tốt các yêu cầu về chất lượng điện năng đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của nền kinh tế như, liên tục, an toàn và hiệu quả.
Trong xu thế hội nhập với thế giới, các Công ty Điện lực Việt Nam cần phải đưa ra các cam kết có tính định lượng về chất lượng điện năng với khách hàng, đặc biệt là các nhà đầu tư nước ngoài. Trong các yêu cầu của chất lượng điện năng như điện áp, tần số thì tính liên tục cấp điện cho khách hàng cũng là một yêu cầu không kém phần quan trọng.
Đánh giá độ tin cậy của hệ thống được căn cứ theo nhiều chỉ tiêu khác nhau. Để đánh giá chất lượng an toàn liên tục phục vụ của ngành Điện cho khách hàng sử dụng điện ở lưới phân phối, các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE-1366 hiện nay được sử dụng phổ biến trên thế giới, và đã được EVN chỉ đạo các Công ty Điện lực áp dụng từ hơn 10 năm nay.
Thành phố Mỹ Tho từ lâu là một trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội của tỉnh Tiền Giang, và hiện nay có vai trò to lớn và là trọng điểm nền kinh tế công nghiệp của Tiền Giang do đó về nhu cầu điện năng cũng như yêu cầu chất lượng cung cấp điện năng là rất cần thiết. Vì vậy, đề xuất các giải pháp về kỹ thuật và về quản lý để nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối bằng các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn IEEE 1366 cho thành phố Mỹ Tho là vấn đề cần quan tâm nghiên cứu. Do đó, tác giả đã chọn “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang”.
2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu dựa trên phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với điều tra thu thập dữ liệu thực tế để có thể ứng dụng các phần mềm tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho.
Trên cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối và các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE 1366, sử dụng phần mềm PSS/ADEPT kết hợp với chương trình Matlab để đánh giá độ tin cây lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho; từ đó làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy.
3. Tính toán và giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho
3.1. Tính toán độ tin cậy của hệ thống điện phân phối TP. Mỹ Tho
3.1.1. Thu thập dữ liệu lưới điện phân phối điện lực TP. Mỹ Tho
Cơ sở dữ liệu kèm theo, bao gồm:
- Chỉ tiêu độ tin cậy năm 2014 do Tổng công ty Điện lực Miền Nam giao cho thành phố Mỹ Tho: SAIFI = 2,20 (lần/khách hàng.năm) - SAIDI = 92,16 (giờ/khách hàng.năm)
- Thống kê và xử lý số liệu theo số liệu thống kê tại Điện lực TP. Mỹ Tho như sau:
Bảng 1. Thống kê số lượng thiết bị trên lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho
Các thiết bị được sử dụng nhiều trên lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho như sau:
+ Cầu chì tự rơi (FCO), Dao cách ly (DCL), Máy cắt, Thiết bị tự đóng lặp lại recloser.
+ Đề tài chỉ đánh giá mức độ thiệt hại do sự cố trên lưới phân phối gây nên thông qua giá trị các chỉ tiêu độ tin cậy lưới phân phối SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI. Áp dụng tính toán cho một số xuất tuyến cấp điện áp 22 KV đến đầu máy biến áp phụ tải 22/0,4 KV của lưới phân phối TP. Mỹ Tho. Giả sử nguồn điện đã cho là có độ tin cậy ổn định, tức là khi sự cố xảy ra thì nguồn vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Cơ sở dữ liệu: Sơ đồ cấu trúc của các xuất tuyến, Số liệu nguồn xuất tuyến, Số liệu đường dây các xuất tuyến, Bảng số liệu MBA phân phối các xuất tuyến, Bảng số liệu phụ tải của các xuất tuyến.
3.1.2. Xuất tuyến 471-MT
Hình 1: Sơ đồ xuất tuyến
* Sơ đồ xuất tuyến: Xuất tuyến 471-MT do Điện lực TP. Mỹ Tho quản lý, nhận điện từ thanh cái C43 trạm biến áp 25 MVA Mỹ Tho (Hình 1). Tổng chiều dài tuyến là 31.5185 km, cấp điện cho 2592 khách hàng, gồm 154 nhánh đường dây 121 trạm biến áp 22/04 kV cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Phụ tải cực đại của toàn xuất tuyến là 7.774 kW. Đầu xuất tuyến có máy cắt, ngoài ra trên toàn xuất tuyến sử dụng 4 dao cách ly phân đoạn.
Sơ đồ được thiết lập trên phần mềm PSS/ADEPT có thể được sử dụng cho các bài toán phân tích khác nhau, như Load Flow, CAPO, DRA,… Dữ liệu các phần tử và các phụ tải của xuất tuyến được trình bày ở phần Phụ lục; trong đó thông số các phần tử được truy xuất từ cẩm nang số liệu các phần tử được ghi lại dưới dạng file “pti.con”.
* Thông số độ tin cậy của các phần tử: Các thông số độ tin cậy của các phần tử trong sơ đồ xuất tuyến 471-MT được cho như sau, dựa trên các số liệu thống kê của Điện lực Mỹ Tho:
- Cường độ sự cố của đường dây (lam đa): 0,05 lần/1km.năm;
- Thời gian sữa chữa sự cố trung bình của đường dây: TR= 4 giờ;
- Cường độ sự cố của MBA bằng 0.02 lần/năm;
- Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của MBA: TR = 4 giờ;
Hình 2: Kết quả tính độ tin cậy của xuất tuyến 471-MT
* Kết quả tính toán: Tính toán cho xuất tuyến 471-MT bằng module DRA trong phần mềm PSS/ADEPT ứng với trường hợp không xét đến việc sử dụng dao cách ly phân đoạn để đổi nối cô lập hệ thống sau sự cố. Kết quả được trình bày trên Hình 2 như sau:
SAIFI = 3,81 (lần/khách hàng.năm)- SAIDI = 15,24 (giờ/khách hàng.năm)
CAIFI = 3,81 (lần/khách hàng.năm)- CAIDI = 4,00 (giờ/1 lần mất điện)
Nhận xét: Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 471-MT lớn do chiều dài tuyến lớn nhưng chỉ dùng một máy cắt đầu tuyến nên số lần mất điện và thời gian mất điện của xuất tuyến 471-MT khi xảy ra khi cắt sự cố sẽ lớn.
3.1.3. Xuất tuyến 473-MT
- Sơ đồ xuất tuyến: Xuất tuyến 473-MT do Điện lực TP. Mỹ Tho quản lý, nhận điện từ thanh cái C43 trạm biến áp 25 MVA Mỹ Tho. Tổng chiều dài tuyến là 3,193 km. Cấp điện cho 1,227 khách hàng. Đầu xuất tuyến có máy cắt, ngoài ra trên toàn xuất tuyến sử dụng 1 dao cách ly phân đoạn.
- Thông số độ tin cậy của các phần tử:
+ Cường độ sự cố của đường dây (lam đa): 0,05 lần/1km.năm;
+ Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của đường dây: TR= 4 giờ;
+ Cường độ sự cố của MBA bằng 0.02 lần/năm;
+ Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của MBA: TR = 4 giờ.
Hình 3: Kết quả tính độ tin cậy của xuất tuyến 473-MT
- Kết quả tính toán: Kết quả tính toán cho xuất tuyến 471-MT như Hình 3
Các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366:
SAIFI = 0,44 (lần/khách hàng.năm)- SAIDI = 1,74 (giờ/khách hàng.năm)
CAIFI = 1,00 (lần/khách hàng.năm)- CAIDI = 4,00 (giờ/1 lần mất điện)
*Phân tích đánh giá: Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 473-MT nhỏ do chiều dài tuyến ngắn dù sử dụng số thiết bị phân đoạn ít nên số lần mất điện và thời gian mất điện của xuất tuyến 473-MT khi xảy ra sự cố sẽ nhỏ.
3.1.4. Xuất tuyến 471-MT2
- Sơ đồ xuất tuyến: Xuất tuyến 471-MT2 do Điện lực thành phố Mỹ tho quản lý, nhận điện từ thanh cái C43 trạm biến áp 40 MVA Mỹ Tho. Tổng chiều dài tuyến là 5,747 km. Cấp điện cho 2,717 khách hàng. Đầu xuất tuyến có máy cắt, ngoài ra trên toàn xuất tuyến sử dụng 03 dao cách ly cho các nhánh rẻ.
- Thông số độ tin cậy của các phần tử:
+ Cường độ sự cố của đường dây (lam đa): 0,05 lần/1km.năm;
+ Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của đường dây: TR= 4 giờ;
+ Cường độ sự cố của MBA bằng 0.02 lần/năm;
+ Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của MBA: TR = 4 giờ;
- Kết quả tính toán:
Kết quả như Hình 4
Hình 4: Kết quả tính độ tin cậy của xuất tuyến 471-MT2
Các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366:
SAIFI = 0,68 (lần/khách hàng.năm) - SAIDI = 2,73 (giờ/khách hàng.năm)
CAIFI = 1,00 (lần/khách hàng.năm)- CAIDI = 4,00 (giờ/1 lần mất điện)
- Phân tích đánh giá: Các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 471-MT2 nhỏ do chiều dài tuyến ngắn nên số lần mất điện và thời gian mất điện của xuất tuyến 471-MT2 khi xảy ra khi cắt sự cố sẽ nhỏ.
3.1.5. Xuất tuyến 472-MT2
- Sơ đồ xuất tuyến: Xuất tuyến 472-MT 2 do Điện lực TP. Mỹ Tho quản lý, nhận điện từ thanh cái C44 trạm biến áp 40 MVA Mỹ Tho. Tổng chiều dài tuyến là 27.7016 km. Cấp điện cho 3.823 khách hàng. Đầu xuất tuyến có máy cắt, ngoài ra trên toàn xuất tuyến sử dụng 3 dao cách ly phân đoạn.
- Thông số độ tin cậy của các phần tử:
+ Cường độ sự cố của đường dây (lam đa): 0,05 lần/1km.năm;
+ Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của đường dây: TR= 4 giờ;
+ Cường độ sự cố của MBA bằng 0.02 lần/năm;
+ Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của MBA: TR = 4 giờ;
- Kết quả tính toán:
Hình 5: Kết quả tính độ tin cậy của xuất tuyến 472-MT2
Các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366:
SAIFI = 1,36 (lần/khách hàng.năm) - SAIDI = 5,43 (giờ/khách hàng.năm)
CAIFI = 1,49 (lần/khách hàng.năm)- CAIDI = 4,0 (giờ/1 lần mất điện)
Nhận xét: Xuất tuyến 472-MT 2 dù chiều dài tuyến lớn nhưng do sử dụng số thiết bị phân đoạn và bảo vệ hợp lý, nên các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 472-MT2 nhỏ số lần mất điện và thời gian mất điện của xuất tuyến 472-MT2 khi xảy ra khi cắt sự cố sẽ đảm bảo yêu cầu.
3.2. Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối TP. Mỹ Tho khi xét đến đổi nối và bảo quản định kỳ
Đổi nối bằng các thiết bị phân đoạn: Thời gian điều tra điểm sự cố và đổi nối của các dao cách ly này được tính trung bình bằng 0,5 h. Kết quả tính toán như sau (với Amđ là điện năng không cung cấp được cho các phụ tải do sự cố):
Bảng 2. Kết quả tính toán
Nhận thấy rằng khi thực hiện biện pháp cô lập sự cố bằng thiết bị phân đoạn sau khi máy cắt đã cắt thì độ tin cậy của hệ thống được nâng cao; SAIDI đã giảm từ 15,24 h xuống còn 11,51 h, CAIDI giảm từ 4 h xuống còn 2,99 h và điện năng mất trung bình hằng năm (Amđ) giảm được 25% (từ 61.545,0 kWh xuống còn 45.952,0 kWh).
Bảo quản định kỳ các phần tử: Trong vận hành lưới điện các phần tử phải được bảo quản định kỳ, vì vậy các phụ tải trong lưới phân phối sẽ bị mất điện, gọi là mất điện kế hoạch. Thực tế cho thấy thời gian mất điện cũng như lượng điện năng bị ngừng cung cấp do ngừng điện kế hoạch này lớn hơn nhiều lần so với mất điện sự cố. Ví dụ xét với xuất tuyến 471-MT với cường độ bảo quản các dường dây lBQĐD = 0.5 1/km.năm; thời gian bảo quản đường dây TBQĐD = 2 h; cường độ bảo quản các máy biến áp lBQBA = 1/năm; thời gian bảo quản máy biến áp TBQBA = 4 h. Kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến 471-MT khi xét đến mất điện sự cố, không có hoặc có áp dụng biện pháp đổi nối các dao cách ly như ở mục 3.1.2 và bảo quản định kỳ được trình bày trong Bảng 3.
Bảng 3. Kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy xuất tuyến 471-MT
3.3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối TP. Mỹ Tho
Thứ nhất, giảm cường độ sự cố và thời gian sửa chữa sự cố của các phần tử. Để giảm cường độ sự cố và thời gian mất điện do sự cố của các phần tử trên lưới phân phối, đề xuất các giải pháp sau: Sử dụng dây bọc cách điện để ngăn ngừa các sự cố do tiếp xúc với các vật thể khác; Tăng cường công tác kiểm tra, bảo dưỡng đường dây, thiết bị vận hành trên lưới để ngăn ngừa sự cố chủ quan; Trang bị đầy đủ phương tiện phục vụ cho công tác quản lý vận hành, bảo dưỡng như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng, thiết bị vật tư dự trữ và nâng cao trình độ chuyên môn, tổ chức hợp lý công tác xử lý sự cố nhằm rút ngắn thời gian sửa chữa sự cố.
Thứ hai, đặt các máy cắt điện phân đoạn. Nếu đặt thêm một máy cắt phân đoạn trên nhánh 28 giữa các nút 78” và 79’ như Hình 6, thì kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy như Bảng 4.
Hình 6: Vị trí đặt thêm máy cắt phân đoạn MCĐ2
Bảng 4. Kết quả tính toán chỉ tiêu độ tin cậy
Nhận thấy khi đặt thêm máy cắt phân đoạn ở giữa đường dây trục chính thì SAIDI đã giảm từ 3,81 1/n xuống còn 2,72 1/n và SAIDI giảm từ 15,24 h xuống còn 10,87 (đạt mức 28,7%).
Thứ ba, đặt các dao cách ly phân đoạn: Đề xuất đặt các dao cách ly tại các đầu nhánh rẽ, đồng thời giả thiết tất cả FCO của các trạm biến áp tác động hoàn toàn tin cậy khi sự cố và FCO được dùng để cách ly máy biến áp khi cần bảo quản sửa chữa thì khi đó các chỉ tiêu độ tin cậy của xuất tuyến khi xét đến sự cố và bảo quản định kỳ sẽ là như trình bày tại Bảng 5.
Bảng 5. Kết quả tính toán
5. Kết luận và khuyến nghị
Tác giả đã ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT và chương trình Matlab để phân tích đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy của các xuất tuyến chính trên lưới điện phân phối 22 kV do Điện lực Mỹ Tho quản lý vận hành trên cơ sở số liệu thu thập hiện tại.
Do chỉ tiêu độ tin cậy thấp, nên từ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy tác giả đã đề xuất một số giải pháp chính nhằm đạt được mục tiêu nâng cao độ tin cậy do Tổng Công ty Điện lực Miền Nam đặt ra cho Điện lực Tiền Giang. Cũng bằng phần mềm PSS/ADEPT và chương trình Matlab, tác giả đã phân tích hiệu quả của các giải pháp đề xuất.
- Các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện, như áp dụng các biện pháp để giảm nhỏ cường độ sự cố các phần tử, rút ngắn thời gian sửa chữa sự cố, phân đoạn các xuất tuyến bằng các thiết bị đóng cắt như máy cắt, recloser, dao cách ly, FCO. Tuy nhiên chưa giải bài toán lựa chọn số lượng và vị trí tối ưu của các thiết bị này. Vì vậy, để đưa vào thực tiễn cần phải nghiên cứu tính toán bổ sung. Ngoài ra, kết quả tính toán và thực tế cũng cho thấy mất điện kế hoạch do bảo quản định kỳ các phần tử hay công tác trên LPP chiếm tỉ lệ lớn so với các nguyên nhân khác. Do đó cần phải có kế hoạch bảo dưỡng, công tác hợp lý nhằm rút ngắn cường độ bảo quản, thời gian bảo quản hay công tác.
- Đề xuất tiếp tục áp dụng các giải pháp giảm suất sự cố, giảm thời gian sửa chữa sự cố và bảo quản hơn nữa; sử dụng cầu chì tự rơi đúng yêu cầu kỹ thuật; đồng thời nghiên cứu giải ứng dụng công nghệ tự động hóa để rút ngắn thời gian đổi nối Ts của các dao cách ly phân đoạn thay vì thao tác bằng tay.
- Lắp đặt thiết bị phân đoạn tỏ ra khá hiệu quả để nâng cao độ tin cậy, tuy nhiên trong bài báo chỉ mới dừng lại ở việc lựa chọn ở các đầu nhánh rẽ. Tuy nhiên, cần phải tính toán tối ưu hóa vị trí cũng như số lượng các thiết bị phân đoạn trên cơ sở hài hòa giữa chi phí vốn đầu tư với hiệu quả tính bằng tiền của việc nâng cao độ tin cậy - được thể hiện thông qua điện năng không được cung cấp trung bình hằng năm Amđ. Vì thế, đây là một hướng mở rộng của bài báo cần tiếp tục được nghiên cứu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Công ty Điện lực 2 (2006). Tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình PSS/ADEPT. Truy cập tại https://fr.scribd.com/document/375083445/Tai-lieu-hoc-tap-PSS-ADEPT-001-pdf
2. Trần Bách (2008). Lưới điện và hệ thống điện. Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật.
3. Tổng Công ty Điện lực miền Nam (2021). Văn bản số 1140/EVN SPC-KTSX ngày 09 tháng 02 năm 2021 về việc thực hiện lệnh điều độ đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện quốc gia. 4. Tổng Công ty Điện lực miền Nam (2021). Văn bản số 1118/EVN SPC-KTSX.
5. Trần Tấn Vinh (2014). Đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ thiết bị phân phối trạm biến áp bằng phương pháp không gia trạng thái. Tạp chí Khoa học công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 5(78), 109-113.
6. Trần Tấn Vinh (2015). Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối dựa trên trạng thái các phần tử. Tạp chí Khoa học công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 5(90), 124-9.
7. G.J. Peponis & M.P. Papadopoulos (1996). Optimal Operation Of Distribution Networks. IEEE Transactions on Power Systems, 11(1), 59-67.
8. Y. G. Bae (1978). Analytical Method of Capacitor Allocation on Distribution Primary Feeders. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-97(4), 1232-1238.
9. J. Endrenyi (1978). Reliability Modeling in Electric Power Systems. John Wiley & Sons, USA.
SOLUTIONS TO ENHANCE
THE RELIABILITY OF THE DISTRIBUTION GRID
IN MY THO CITY, TIEN GIANG PROVINCE
• TRIEU QUOC HUY1
• NGUYEN THANH HIEN1
1Faculty of Engineering and Technology, Tra Vinh University
ABSTRACT:
This study investigates solutions to enhance the reliability of the distribution grid in My Tho City, Tien Giang province. It presents a comprehensive assessment of the current reliability of the local distribution power system and proposes targeted solutions for improvement. Key recommendations include implementing measures to minimize component failure rates, reducing repair times, and optimizing network segmentation through the integration of switching devices such as circuit breakers, reclosers, disconnectors, and fuse cutouts (FCOs). These solutions aim to strengthen the stability and operational efficiency of the distribution grid, ensuring a more reliable power supply for the region.
Keywords: reliability, distribution Grid, My Tho City, Vietnam Electricity.
[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 3 tháng 1 năm 2025]
