Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Theo số liệu thống kê năm 2016 của Tổng Công ty Điện lực Hà Nội, cường độ ngừng điện sự cố trung bình là 10,95 lần/100 km/năm, trong khi cường độ ngừng điện công tác là 41,714 lần/100 km/năm. Tại quận Ba Đình, Hà Nội, xuất tuyến lưới điện trung áp 22kV 455 E1.14 với tổng công suất 18.900 kW và 33 trạm biến áp phân phối được quản lý bởi Công ty Điện lực Ba Đình, là đối tượng nghiên cứu điển hình cho việc đánh giá và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thông qua việc sử dụng thiết bị phân đoạn trong lưới phân phối 22kV, đồng thời phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án phân đoạn khác nhau. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xuất tuyến 455 E1.14 trong giai đoạn hiện tại, áp dụng các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE-P1366 và quy định của Bộ Công Thương Việt Nam. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn phương án phân đoạn tối ưu, giúp giảm thiểu thời gian mất điện, tổn thất điện năng và chi phí vận hành, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ điện năng cho khách hàng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Khái niệm độ tin cậy hệ thống điện: Độ tin cậy được định nghĩa là xác suất hệ thống hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian nhất định, bao gồm các chỉ tiêu như SAIDI (thời gian mất điện trung bình), SAIFI (số lần mất điện trung bình), MAIFI (số lần mất điện thoáng qua), và AENS (điện năng không cung cấp).

  • Mô hình phân đoạn lưới phân phối hình tia: Lưới phân phối được phân đoạn bằng thiết bị đóng cắt như dao cách ly hoặc máy cắt, nhằm cô lập sự cố và giảm thiểu ảnh hưởng đến các phân đoạn khác.

  • Phương pháp đánh giá kinh tế dự án năng lượng: Sử dụng các chỉ tiêu như NPV (giá trị hiện tại ròng), thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ, chi phí vận hành và tổn thất điện năng để đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án phân đoạn.

Các khái niệm chính bao gồm: cường độ hỏng hóc λ, thời gian sửa chữa trung bình, độ sẵn sàng A, các chỉ số độ tin cậy SAIDI, SAIFI, MAIFI, AENS, và các phương pháp tính toán độ tin cậy dựa trên sơ đồ đẳng trị và lý thuyết xác suất.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu ngừng điện thực tế năm 2016 của lưới điện trung áp 22kV quận Ba Đình, bao gồm cường độ ngừng điện sự cố và công tác, thời gian sửa chữa, thời gian thao tác sự cố, công suất và chiều dài các nhánh lưới.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng phương pháp đồ thị giải tích để tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cho các phương án phân đoạn khác nhau của lưới điện phân phối hình tia. Sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và tính toán các chỉ số SAIDI, SAIFI, AENS.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong năm 2016, phân tích các phương án phân đoạn từ 1 đến 6 phân đoạn, đánh giá hiệu quả kinh tế trong vòng 20 năm với hệ số chiết khấu 7%, áp dụng các phương pháp tính NPV và thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của số lượng phân đoạn đến độ tin cậy: Khi số phân đoạn tăng từ 1 đến 6, chỉ số SAIDI giảm từ 21,93 giờ/năm xuống còn khoảng 14,7 giờ/năm, tương ứng giảm khoảng 33%. Điện năng không được cung cấp (EENS) giảm từ 189.255 kWh xuống còn khoảng 118.845 kWh, giảm gần 37%. Tuy nhiên, từ phân đoạn thứ 5 đến 6, mức giảm chỉ còn khoảng 0,75%, cho thấy hiệu quả cải thiện giảm dần.

  2. So sánh thiết bị phân đoạn dao cách ly và máy cắt: Phương án sử dụng máy cắt phân đoạn cho kết quả tốt hơn với SAIDI giảm xuống 12,9 giờ/năm và EENS còn 101.351 kWh, thấp hơn dao cách ly lần lượt 12% và 15%. Số lần mất điện trung bình (SAIFI) cũng giảm từ 5,376 xuống 3,162 lần/năm.

  3. Hiệu quả của thiết bị tự động đóng lặp lại (recloser): Việc bổ sung recloser giảm cường độ sự cố thoáng qua 57,14%, giúp giảm SAIDI từ 12,9 giờ xuống 9,518 giờ (giảm 26,22%) và EENS giảm 40,55%, cho thấy hiệu quả đáng kể trong nâng cao độ tin cậy.

  4. Tác động của thiết bị chỉ thị sự cố (Fault Indicator - FI): FI giúp giảm thời gian thao tác sự cố từ 2 giờ xuống 0,5 giờ, làm giảm SAIDI từ 21,93 giờ xuống 14 giờ (giảm 36,13%) và EENS giảm 40,75%, tuy nhiên không ảnh hưởng đến số lần mất điện (SAIFI giữ nguyên).

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc phân đoạn lưới điện bằng thiết bị đóng cắt là giải pháp hiệu quả để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian và tần suất mất điện. Máy cắt tự động có ưu thế vượt trội so với dao cách ly không tự động nhờ khả năng cô lập sự cố nhanh và giảm ảnh hưởng lan truyền. Việc bổ sung thiết bị tự động đóng lặp lại và thiết bị chỉ thị sự cố càng làm tăng hiệu quả vận hành, giảm thiểu tổn thất điện năng và chi phí xã hội do mất điện.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với xu hướng ứng dụng công nghệ tự động hóa trong lưới phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy và chất lượng dịch vụ. Biểu đồ so sánh SAIDI và EENS theo số phân đoạn minh họa rõ xu hướng giảm tổn thất khi tăng số phân đoạn, tuy nhiên chi phí đầu tư tăng lên cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đạt hiệu quả kinh tế tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai phân đoạn lưới điện bằng máy cắt tự động: Ưu tiên sử dụng máy cắt làm thiết bị phân đoạn tại các vị trí chiến lược trên lưới phân phối 22kV nhằm giảm thiểu thời gian mất điện và tăng độ tin cậy. Mục tiêu giảm SAIDI xuống dưới 13 giờ/năm trong vòng 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực Ba Đình phối hợp với Tổng Công ty Điện lực Hà Nội.

  2. Lắp đặt thiết bị tự động đóng lặp lại (recloser): Áp dụng cho các phân đoạn có tần suất sự cố thoáng qua cao, nhằm giảm hơn 25% thời gian mất điện. Thời gian thực hiện trong 3 năm, ưu tiên các khu vực có mật độ phụ tải lớn.

  3. Ứng dụng thiết bị chỉ thị sự cố (Fault Indicator): Trang bị thiết bị FI để rút ngắn thời gian thao tác sự cố từ 2 giờ xuống còn 0,5 giờ, nâng cao khả năng phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng. Mục tiêu hoàn thành trong 2 năm.

  4. Xây dựng cơ sở dữ liệu và hệ thống giám sát độ tin cậy: Thu thập, phân tích số liệu ngừng điện định kỳ và không định kỳ để cập nhật thông số độ tin cậy chính xác, phục vụ cho công tác quy hoạch và vận hành. Chủ thể: Trung tâm điều độ và quản lý kỹ thuật của Công ty Điện lực Ba Đình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và quản lý trong ngành điện lực: Giúp hiểu rõ phương pháp đánh giá và nâng cao độ tin cậy lưới phân phối, từ đó áp dụng vào công tác vận hành và quy hoạch.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Quản lý kỹ thuật và Công nghệ điện: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về đánh giá độ tin cậy, phương pháp tính toán và phân tích kinh tế dự án năng lượng.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước: Hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn, quy định về độ tin cậy cung cấp điện và đánh giá hiệu quả đầu tư trong lĩnh vực điện lực.

  4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị điện và công nghệ tự động hóa: Tham khảo nhu cầu và hiệu quả ứng dụng thiết bị phân đoạn, thiết bị chỉ thị sự cố và recloser trong lưới phân phối hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

  1. Độ tin cậy cung cấp điện là gì?
    Độ tin cậy cung cấp điện là xác suất hệ thống điện hoàn thành nhiệm vụ cung cấp điện liên tục và ổn định trong khoảng thời gian nhất định. Ví dụ, chỉ số SAIDI đo thời gian mất điện trung bình của khách hàng trong một năm.

  2. Tại sao phải phân đoạn lưới điện phân phối?
    Phân đoạn giúp cô lập sự cố nhanh chóng, giảm thiểu ảnh hưởng lan truyền đến các phân đoạn khác, từ đó giảm thời gian và tần suất mất điện, nâng cao độ tin cậy.

  3. Máy cắt và dao cách ly khác nhau thế nào trong phân đoạn lưới?
    Máy cắt có khả năng tự động ngắt và đóng lại, giúp cô lập sự cố nhanh hơn và giảm thời gian mất điện so với dao cách ly phải thao tác thủ công.

  4. Thiết bị tự động đóng lặp lại (recloser) có tác dụng gì?
    Recloser tự động đóng lại sau khi ngắt do sự cố thoáng qua, giúp giảm số lần mất điện và thời gian mất điện, nâng cao độ tin cậy lưới điện.

  5. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án nâng cao độ tin cậy?
    Sử dụng các chỉ tiêu như NPV, thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ, chi phí vận hành và tổn thất điện năng để so sánh chi phí đầu tư và lợi ích thu được từ việc giảm tổn thất điện năng và thời gian mất điện.

Kết luận

  • Độ tin cậy cung cấp điện là chỉ tiêu quan trọng trong quản lý và vận hành lưới điện phân phối, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ và tổn thất kinh tế xã hội.
  • Phân đoạn lưới điện bằng thiết bị đóng cắt, đặc biệt là máy cắt tự động, giúp giảm đáng kể thời gian và tần suất mất điện, nâng cao độ tin cậy.
  • Việc bổ sung thiết bị tự động đóng lặp lại và thiết bị chỉ thị sự cố góp phần tối ưu hóa vận hành, giảm thiểu tổn thất điện năng và chi phí.
  • Phân tích kinh tế dự án cho thấy phương án sử dụng dao cách ly phân đoạn có giá trị NPV dương, phù hợp về mặt kinh tế; tuy nhiên máy cắt tự động mang lại hiệu quả kỹ thuật cao hơn.
  • Khuyến nghị triển khai phân đoạn lưới điện với 5 phân đoạn là tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế, đồng thời xây dựng hệ thống giám sát và cơ sở dữ liệu để nâng cao hiệu quả quản lý trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị điện lực cần áp dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch đầu tư, nâng cấp lưới phân phối, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng về các giải pháp tự động hóa và quản lý độ tin cậy.