Tổng quan nghiên cứu

Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả hoạt động của các công ty điện lực, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển kinh tế - xã hội và sự hài lòng của khách hàng. Lộ đường dây 371-E26.1 Bắc Kạn hiện đang cấp điện cho các huyện Bạch Thông, Ngân Sơn và một phần huyện Na Rì với tổng công suất đặt 43.197 kVA và chiều dài 712,5 km. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, các thiết bị bảo vệ như Recloser trên lộ đường dây này vẫn còn xảy ra hiện tượng tác động không đúng, gây mất điện oan cho khách hàng, làm giảm các chỉ số độ tin cậy như SAIDI, SAIFI.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng độ tin cậy của lưới điện phân phối trên lộ đường dây 371-E26.1, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy phù hợp về mặt kỹ thuật và kinh tế. Nghiên cứu áp dụng phần mềm mô phỏng ETAP để đánh giá hiệu quả các giải pháp đề xuất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lộ đường dây 371-E26.1 Bắc Kạn, với dữ liệu thu thập từ năm 2020-2021, bao gồm các thông số kỹ thuật thiết bị, số liệu sự cố và chỉ số độ tin cậy.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng cung cấp điện, giảm thiểu thời gian và tần suất mất điện, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý vận hành lưới điện phân phối tại Công ty Điện lực Bắc Kạn và các đơn vị tương tự.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình về độ tin cậy hệ thống điện, bao gồm:

  • Khái niệm độ tin cậy và độ sẵn sàng: Độ tin cậy được định nghĩa là xác suất hệ thống hoặc phần tử hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian nhất định. Đối với hệ thống điện phục hồi, độ sẵn sàng (ASAI) được sử dụng để đo lường khả năng cung cấp điện liên tục.

  • Các chỉ số đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối: SAIDI (thời gian mất điện trung bình), SAIFI (tần suất mất điện trung bình), CAIDI (thời gian mất điện trung bình cho mỗi lần mất điện), MAIFI (số lần mất điện thoáng qua trung bình), ENS (năng lượng không được cung cấp).

  • Mô hình sơ đồ độ tin cậy và phương pháp phân tích: Sơ đồ phần tử nối tiếp, sơ đồ không gian trạng thái, phương pháp cây hỏng hóc, phương pháp Monte Carlo, và phương pháp đồ thị - giải tích.

  • Mô hình vận hành lưới điện phân phối: Các sơ đồ lưới điện hình tia, phân đoạn bằng dao cách ly, máy cắt, và lưới điện kín vận hành hở, ảnh hưởng đến các chỉ số độ tin cậy.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ lộ đường dây 371-E26.1 Bắc Kạn, bao gồm thông số kỹ thuật thiết bị (máy biến áp, máy phát thủy điện, Recloser), số liệu sự cố, chỉ số độ tin cậy năm 2020-2021, và dữ liệu khách hàng, tải trung bình tại các nút phụ tải.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm ETAP để xây dựng mô phỏng lưới điện, tính toán và đánh giá các chỉ số độ tin cậy cho các phương án cải tạo lưới điện. Phân tích so sánh các sơ đồ lưới điện khác nhau (không phân đoạn, phân đoạn bằng dao cách ly, phân đoạn bằng máy cắt, lưới điện kín vận hành hở).

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2021-2022, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được thu thập toàn bộ từ lộ đường dây 371-E26.1 với 28 trạm Recloser, 484 trạm biến áp phân phối, và hơn 90.000 khách hàng sử dụng điện trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng độ tin cậy lưới điện 371-E26.1 còn thấp: Chỉ số SAIDI năm 2020 trước miễn trừ là 1.040 phút, sau miễn trừ còn 209 phút; SAIFI khoảng 9,17-9,5 lần mất điện/khách hàng/năm. MAIFI bằng 0 phút, cho thấy mất điện thoáng qua chưa được ghi nhận đầy đủ.

  2. Ảnh hưởng của thiết bị bảo vệ chưa đồng bộ: Các Recloser trên lộ đường dây có hiện tượng tác động đồng thời và vượt cấp, gây mất điện oan cho khách hàng. Việc cài đặt thông số bảo vệ chưa tối ưu làm giảm hiệu quả vận hành và độ tin cậy.

  3. Phân đoạn lưới điện bằng máy cắt nâng cao độ tin cậy rõ rệt: So sánh các sơ đồ lưới điện, phân đoạn bằng máy cắt giảm SAIFI xuống còn 0,77 lần/năm, SAIDI còn 2,39 giờ/năm, thấp hơn nhiều so với sơ đồ không phân đoạn (SAIFI 2,2 lần/năm, SAIDI 6 giờ/năm).

  4. Lưới điện kín vận hành hở với khả năng chuyển tải linh hoạt cải thiện chỉ số độ tin cậy: Khi có thể chuyển tải qua nguồn khác, SAIDI giảm xuống còn 1,8 giờ/năm, CAIDI còn 1,56 giờ/lần mất điện, ASAI đạt 0,999795, cho thấy khả năng phục hồi nhanh hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính làm giảm độ tin cậy là do thiết bị bảo vệ chưa đồng bộ và phương thức vận hành lưới điện chưa tối ưu. Việc sử dụng Recloser chưa hiệu quả dẫn đến hiện tượng nhảy vượt cấp, gây mất điện không cần thiết. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng phần mềm PSS/ADEPT, việc áp dụng phần mềm ETAP trong nghiên cứu này cho phép mô phỏng chi tiết hơn, đánh giá phối hợp bảo vệ và phân bố công suất chính xác.

Kết quả mô phỏng cho thấy việc phân đoạn lưới điện bằng máy cắt và áp dụng lưới điện kín vận hành hở là các giải pháp kỹ thuật hiệu quả, giúp giảm đáng kể tần suất và thời gian mất điện. Điều này phù hợp với xu hướng phát triển lưới điện thông minh và tự động hóa hiện nay.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh chỉ số SAIFI, SAIDI giữa các phương án phân đoạn khác nhau, bảng tổng hợp số liệu sự cố và thời gian mất điện tại các nút phụ tải, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thay thế và đồng bộ hóa thiết bị bảo vệ Recloser: Thực hiện thay thế các cầu dao phụ tải (CDPT) bằng Recloser hiện đại, đồng thời hiệu chỉnh các thông số cài đặt bảo vệ để tránh hiện tượng tác động vượt cấp, giảm thiểu mất điện oan. Thời gian thực hiện dự kiến trong 12 tháng, do Công ty Điện lực Bắc Kạn chủ trì.

  2. Phân đoạn lưới điện bằng máy cắt tự động: Lắp đặt máy cắt phân đoạn tại các vị trí hợp lý trên lộ đường dây 371-E26.1 để giảm thời gian mất điện và số lần mất điện. Giải pháp này cần được triển khai trong vòng 18 tháng, phối hợp với đơn vị quản lý vận hành lưới điện cao thế.

  3. Xây dựng và vận hành lưới điện kín với điểm mở điều khiển được: Thiết kế lại sơ đồ lưới điện để có thể vận hành linh hoạt, chuyển tải khi có sự cố, giảm thiểu thời gian mất điện cho khách hàng. Thời gian thực hiện khoảng 24 tháng, cần sự phối hợp giữa phòng Điều độ và các đội quản lý vận hành.

  4. Ứng dụng phần mềm ETAP trong quản lý vận hành và đào tạo nhân sự: Áp dụng phần mềm ETAP để mô phỏng, phân tích và dự báo độ tin cậy lưới điện, hỗ trợ công tác điều độ và bảo trì. Đồng thời tổ chức đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật và điều độ viên. Kế hoạch triển khai trong 6-12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý tại các công ty điện lực: Nghiên cứu cung cấp các giải pháp thực tiễn nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối, giúp cải thiện hiệu quả vận hành và giảm thiểu sự cố.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Luận văn trình bày chi tiết các phương pháp đánh giá độ tin cậy, mô hình hóa lưới điện và ứng dụng phần mềm ETAP, là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu liên quan.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn, quy định về độ tin cậy cung cấp điện và đầu tư phát triển hạ tầng lưới điện.

  4. Đơn vị tư vấn thiết kế và thi công lưới điện: Hướng dẫn lựa chọn thiết bị bảo vệ, phương án phân đoạn lưới điện phù hợp với điều kiện thực tế, tối ưu chi phí đầu tư và vận hành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá bằng những chỉ số nào?
    Độ tin cậy thường được đánh giá qua các chỉ số SAIDI (thời gian mất điện trung bình), SAIFI (tần suất mất điện trung bình), CAIDI (thời gian mất điện trung bình cho mỗi lần mất điện), MAIFI (số lần mất điện thoáng qua trung bình) và ENS (năng lượng không được cung cấp). Ví dụ, SAIDI của lộ đường dây 371-E26.1 năm 2020 là 1.040 phút trước miễn trừ.

  2. Tại sao việc phân đoạn lưới điện lại giúp nâng cao độ tin cậy?
    Phân đoạn lưới điện giúp cô lập sự cố tại một đoạn nhỏ, giảm phạm vi mất điện và thời gian khôi phục. Ví dụ, phân đoạn bằng máy cắt trên lộ 371-E26.1 giảm SAIFI từ 2,2 lần xuống còn 0,77 lần/năm.

  3. Phần mềm ETAP có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    ETAP được sử dụng để mô phỏng lưới điện, tính toán các chỉ số độ tin cậy, phân tích phối hợp bảo vệ và phân bố công suất, giúp đánh giá hiệu quả các giải pháp nâng cao độ tin cậy một cách chính xác và trực quan.

  4. Nguyên nhân chính gây mất điện oan trên lộ đường dây 371-E26.1 là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là do các thiết bị bảo vệ Recloser chưa đồng bộ, cài đặt thông số chưa hợp lý dẫn đến tác động đồng thời và vượt cấp, gây mất điện không mong muốn cho khách hàng.

  5. Giải pháp nào được ưu tiên triển khai để nâng cao độ tin cậy lưới điện?
    Ưu tiên thay thế CDPT bằng Recloser hiện đại, đồng bộ hóa cài đặt bảo vệ và phân đoạn lưới điện bằng máy cắt tự động, kết hợp vận hành lưới điện kín để giảm thiểu thời gian và tần suất mất điện.

Kết luận

  • Độ tin cậy cung cấp điện của lộ đường dây 371-E26.1 Bắc Kạn hiện còn thấp, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và sự hài lòng của khách hàng.
  • Các thiết bị bảo vệ chưa đồng bộ và phương thức vận hành lưới điện chưa tối ưu là nguyên nhân chính gây mất điện oan và giảm độ tin cậy.
  • Phân đoạn lưới điện bằng máy cắt và vận hành lưới điện kín giúp cải thiện đáng kể các chỉ số SAIFI, SAIDI và CAIDI.
  • Ứng dụng phần mềm ETAP trong mô phỏng và đánh giá giải pháp là bước tiến mới, hỗ trợ hiệu quả công tác quản lý vận hành lưới điện.
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý cụ thể, với kế hoạch triển khai rõ ràng nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong thời gian tới.

Luận văn khuyến khích các đơn vị điện lực áp dụng các giải pháp đề xuất và tiếp tục nghiên cứu mở rộng nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điện, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội.