Tổng quan nghiên cứu

Độ tin cậy cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng hàng đầu trong quản lý và vận hành hệ thống điện, đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp 22kV. Theo thống kê, khoảng 50% sự cố mất điện được khôi phục trong vòng 60 phút và 90% sự cố lớn được khôi phục trong khoảng 7 giờ. Lưới điện phân phối tại quận Ba Đình, Hà Nội, với tổng công suất phụ tải khoảng 18.900 kW và chiều dài lưới hơn 10 km, phục vụ cho 33 trạm biến áp, đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp điện cho các cơ quan, doanh nghiệp và hộ dân. Tuy nhiên, hiện trạng vận hành cho thấy sơ đồ kết lưới chưa tối ưu, dẫn đến các sự cố mất điện kéo dài và ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 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 tại quận Ba Đình. Nghiên cứu tập trung phân tích các phương án phân đoạn lưới bằng dao cách ly và máy cắt, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của từng phương án. Phạm vi nghiên cứu bao gồm xuất tuyến lưới điện trung áp 455 E1.14, dựa trên số liệu ngừng điện thực tế thu thập được trong năm 2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa vận hành, nâng cao chất lượng cung cấp điện và giảm thiểu tổn thất điện năng, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho ngành điện lực.

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:

  • Lý thuyết 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. Đối với hệ thống điện, độ tin cậy được đo bằng các chỉ số như SAIDI (thời gian mất điện trung bình), SAIFI (số lần mất điện trung bình), MAIFI (số lần mất điện thoáng qua trung bình), và AENS (điện năng không được cung cấp trung bình).

  • 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 để cô lập sự cố, giảm thiểu ảnh hưởng đến các phân đoạn khác. Mô hình này giúp tính toán và đánh giá độ tin cậy từng phân đoạn, từ đó xác định hiệu quả của các phương án phân đoạn.

  • Khái niệm cường độ hỏng hóc và thời gian phục hồi: Cường độ hỏng hóc (λ) và thời gian sửa chữa trung bình (τ) là các thông số quan trọng để xác định độ tin cậy phần tử và toàn bộ hệ thống. Các thông số này được thống kê dựa trên dữ liệu thực tế vận hành.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu ngừng điện sự cố và ngừng điện công tác thu thập từ năm 2016 của lưới điện trung áp 22kV quận Ba Đình, bao gồm cường độ ngừng điện sự cố λ0SC = 10,95 lần/100km/năm, cường độ ngừng điện công tác λ0CT = 41,714 lần/100km/năm, thời gian sửa chữa sự cố TSC = 12 giờ, và các thời gian thao tác sự cố, công tác theo quy trình vận hành.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp đồ thị giải tích để xây dựng sơ đồ đẳng trị lưới điện phân phối hình tia, tính toán các chỉ số độ tin cậy SAIDI, SAIFI, AENS cho từng phương án phân đoạn. Phần mềm tính toán chuyên dụng được áp dụng để xử lý dữ liệu và mô phỏng các kịch bản phân đoạn.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý dữ liệu trong năm 2016, phân tích và mô phỏng các phương án phân đoạn trong giai đoạn nghiên cứu từ 2021 đến 2022, hoàn thiện luận văn và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phương án lưới không phân đoạn: Toàn bộ lưới điện được xem như một phần tử duy nhất với máy cắt đầu nguồn. Kết quả tính toán cho thấy điện năng thiếu do sự cố là 115.758 kWh, điện năng thiếu do ngừng điện công tác là 73.497 kWh, tổng điện năng thiếu là 189.255 kWh. Chỉ số SAIFI đạt 5,376 lần/năm và SAIDI là 21,930 giờ/năm.

  2. Phương án 2 phân đoạn (1 dao cách ly): Phân đoạn lưới thành hai phần với chiều dài gần bằng nhau. Điện năng thiếu do sự cố giảm xuống còn 85.816 kWh, điện năng thiếu do công tác là 56.386 kWh, tổng điện năng thiếu giảm còn 142.202 kWh. SAIFI giữ nguyên 5,376 lần/năm, SAIDI giảm còn 17,155 giờ/năm.

  3. Phương án 3 phân đoạn (2 dao cách ly): Phân đoạn lưới thành ba phần. Điện năng thiếu do sự cố là 81.861 kWh, điện năng thiếu do công tác là 54.127 kWh, tổng điện năng thiếu là 135.988 kWh. SAIFI vẫn giữ 5,376 lần/năm, SAIDI giảm tiếp xuống 16,425 giờ/năm.

  4. Phương án 4 phân đoạn (3 dao cách ly): Phân đoạn lưới thành bốn phần. Điện năng thiếu do sự cố giảm còn 75.124 kWh, điện năng thiếu do công tác là 50.276 kWh, tổng điện năng thiếu là 125.400 kWh. Các chỉ số SAIFI và SAIDI tiếp tục cải thiện.

Thảo luận kết quả

Việc phân đoạn lưới điện bằng dao cách ly hoặc máy cắt giúp cô lập sự cố nhanh chóng, giảm thiểu diện tích và thời gian mất điện cho khách hàng. Kết quả cho thấy, với mỗi phân đoạn thêm vào, tổng điện năng thiếu giảm trung bình khoảng 7-10%, thời gian mất điện trung bình (SAIDI) giảm đáng kể từ 21,93 giờ xuống còn khoảng 16,4 giờ với 3 phân đoạn và 15 giờ với 4 phân đoạn. Điều này chứng tỏ hiệu quả rõ rệt của việc phân đoạn trong nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với xu hướng chung khi áp dụng thiết bị phân đoạn tự động hoặc bán tự động giúp giảm thiểu thời gian phục hồi và tổn thất điện năng. Việc duy trì chỉ số SAIFI ổn định cho thấy tần suất sự cố không giảm nhưng thời gian mất điện được rút ngắn, nâng cao trải nghiệm khách hàng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện sự giảm dần của điện năng thiếu và SAIDI theo số lượng phân đoạn, hoặc bảng so sánh chi tiết các chỉ số độ tin cậy giữa các phương án. Điều này giúp minh họa trực quan hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của từng phương án.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai thiết bị phân đoạn tự động tại các vị trí chiến lược: Ưu tiên lắp đặt dao cách ly hoặc máy cắt tự động tại các điểm phân đoạn có chiều dài lưới lớn và mật độ phụ tải cao nhằm giảm thời gian mất điện trung bình (SAIDI) xuống dưới 15 giờ/năm. Thời gian thực hiện dự kiến trong 1-2 năm, do Công ty Điện lực Ba Đình chủ trì.

  2. Xây dựng hệ thống giám sát và chỉ thị sự cố (Fault Indicator): Lắp đặt thiết bị chỉ thị sự cố để rút ngắn thời gian thao tác và phục hồi, giảm thời gian thao tác sự cố từ 2 giờ xuống còn 0,5 giờ. Thời gian triển khai trong 12 tháng, phối hợp với đơn vị kỹ thuật và vận hành.

  3. Tối ưu hóa quy trình bảo trì và sửa chữa: Áp dụng kế hoạch bảo trì phòng ngừa dựa trên phân tích độ tin cậy để giảm cường độ hỏng hóc λ, nâng cao độ sẵn sàng của thiết bị. Mục tiêu giảm cường độ hỏng hóc trung bình ít nhất 10% trong vòng 2 năm.

  4. Đào tạo nâng cao năng lực nhân viên vận hành: Tăng cường kỹ năng xử lý sự cố và vận hành thiết bị phân đoạn nhằm giảm thiểu sai sót và thời gian phục hồi. Thời gian đào tạo liên tục hàng năm, do phòng nhân sự và kỹ thuật phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các đơn vị điện lực và quản lý vận hành lưới điện: Giúp hiểu rõ các phương pháp đánh giá và nâng cao độ tin cậy, áp dụng vào quy hoạch và vận hành thực tế để giảm thiểu tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng dịch vụ.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện – điện tử: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối, đồng thời minh họa ứng dụng thực tiễn với số liệu cụ thể.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý ngành điện: Hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn, quy định về độ tin cậy cung cấp điện, đánh giá hiệu quả các biện pháp kỹ thuật và kinh tế trong phát triển lưới điện.

  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, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu vận hành và nâng cao độ tin cậy.

Câu hỏi thường gặp

  1. Thiết bị phân đoạn có tác động như thế nào đến độ tin cậy cung cấp điện?
    Thiết bị phân đoạn giúp cô lập sự cố nhanh chóng, giảm diện tích mất điện và thời gian phục hồi. Ví dụ, phân đoạn lưới từ 1 lên 4 dao cách ly đã giảm tổng điện năng thiếu từ 189.255 kWh xuống còn 125.400 kWh.

  2. Chỉ số SAIDI và SAIFI phản ánh điều gì trong vận hành lưới điện?
    SAIDI đo thời gian mất điện trung bình của khách hàng trong một năm, còn SAIFI đo số lần mất điện trung bình. Giảm SAIDI giúp nâng cao trải nghiệm khách hàng bằng cách rút ngắn thời gian mất điện.

  3. Phương pháp tính toán độ tin cậy lưới điện dựa trên dữ liệu nào?
    Dữ liệu ngừng điện sự cố và công tác, cường độ hỏng hóc, thời gian sửa chữa, chiều dài lưới và công suất phụ tải được thu thập từ thực tế vận hành, làm cơ sở cho mô hình tính toán.

  4. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án nâng cao độ tin cậy?
    Bằng cách so sánh chi phí đầu tư thiết bị phân đoạn với lợi ích giảm tổn thất điện năng và thời gian mất điện, sử dụng các chỉ số như giá trị hiện tại ròng (NPV) và thời gian thu hồi vốn.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các khu vực khác không?
    Có thể, tuy nhiên cần điều chỉnh các thông số đầu vào như cường độ hỏng hóc, cấu trúc lưới và phụ tải phù hợp với đặc điểm từng khu vực để đảm bảo tính chính xác.

Kết luận

  • Độ tin cậy cung cấp điện là yếu tố then chốt trong vận hành và quy hoạch lưới điện phân phối, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ và tổn thất kinh tế.
  • Việc phân đoạn lưới điện bằng dao cách ly hoặc máy cắt giúp giảm đáng kể điện năng thiếu và thời gian mất điện trung bình, nâng cao hiệu quả vận hành.
  • Phương pháp đồ thị giải tích kết hợp phần mềm tính toán cho phép đánh giá chính xác các chỉ số độ tin cậy dựa trên dữ liệu thực tế.
  • Các phương án phân đoạn cần được lựa chọn tối ưu dựa trên cân đối giữa chi phí đầu tư và lợi ích kinh tế kỹ thuật.
  • Đề xuất triển khai thiết bị phân đoạn tự động, hệ thống chỉ thị sự cố và tối ưu quy trình bảo trì nhằm nâng cao độ tin cậy trong thời gian 1-2 năm tới.

Luận văn khuyến nghị các đơn vị điện lực và nhà quản lý ngành điện tiếp tục ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng cung cấp điện, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các khu vực lưới điện khác nhằm phát triển hệ thống điện thông minh và bền vững.