Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 84 
TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 
Trương Tuấn Anh – (Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên) 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 35 kV, phân phối 
điện cho các trạm biến áp phân phối trung áp/ hạ áp và phụ tải trung áp. Các hộ phụ tải nhận 
điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong 
lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ. 
Mặt khác sự phát triển của phụ tải không ngừng theo thời gian và ngày càng đỏi hỏi cao về 
chất lượng năng lượng và độ tin cậy cung cấp điện. Do đó ngay từ khâu thiết kế cũng như vận hành 
hệ thống điện cần phải đặc biệt quan tâm một cách triệt để, đảm bảo sao cho có được các phương án 
dự phòng hợp lý và tối ưu nhất trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố. 
Như vậy để nâng cao được độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng 
hợp lý, bài báo tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tính toán độ tin cậy và xây dựng phần mềm 
tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp, từ kết quả tính toán được đề xuất một số 
biện pháp nhằm giảm bớt thiệt hại về kinh tế và thời gian mất điện đối với hộ phụ tải. 
2. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 
Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của lưới điện phân phối phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ 
nối dây. Do đó sơ đồ nối dây phải được chọn sao cho có chi phí là nhỏ nhất, đảm bảo mức độ tin 
cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an 
toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới. 
Sơ đồ nối dây của lưới điện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây 
như: hình tia, phân nhánh hoặc mạch vòng kín nhưng trong quá trình vận hành hở mạch. Như 
vậy trong quá trình vận hành lưới điện phân phối chỉ được cung cấp từ một nguồn, do đó tác giả 
đề cập đến tính toán độ tin cậy của lưới phân phối trên máy tính được cung cấp điện bởi một 
nguồn trong trường hợp ngừng điện do sự cố [1,3,6]. 
2.1. Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn 
thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn [1,6] 
- Độ dài đẳng trị của m đoạn lưới liền nhau thành đoạn lưới i là: ∑
=
=
m
1j
ji ll 
- Tổng phụ tải do đoạn lưới i cấp điện khi hệ số đồng thời bằng 1: 
∑
=
=
m
1j
jmaximax PP ; Pmaxj: phụ tải của đoạn lưới j 
- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất: 
imax
m
1i
jmaxjmax
imax P
T.P
T
∑
=
= 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 85
2.2. Thuật toán tính ma trận đường nối [1,6] 
Đường nối bao gồm tất cả các đoạn lưới nối từ nguồn đến từng nút phụ tải và rất cần 
thiết để tính độ tin cậy của lưới phân phối. Tất cả các đường nối nằm trong ma trận đường nối 
của lưới phân phối B(i,j), trong đó j là nút đích, i là đoạn lưới của lưới phân phối. Nếu B(i,j) = 1 
có nghĩa là đoạn lưới i nằm trên đường nối đến nút j, nếu B(i,j) = 0 có nghĩa là đoạn lưới i không 
nằm trên đường nối đến nút j. 
2.3. Tính toán ma trận ảnh hưởng [1,2,6] 
2.3.1. Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của một phân đoạn i 
* Hỏng hóc do bản thân phân đoạn. 
* Do ảnh hưởng của các phân đoạn khác: 
- Ảnh hưởng của các phân đoạn phía trước phân đoạn đang xét về phía nguồn cung cấp. 
Mỗi lần cắt điện phân đoạn này đều dẫn đến mất điện phân đoạn đang xét và mất cho đến khi 
khắc phục xong sự cố. 
- Ảnh hưởng của các phân đoạn phía sau phân đoạn đang xét: 
+ Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: ảnh hưởng là toàn phần về số lần cắt, còn thời 
gian thì không toàn phần, phân đoạn xét được cấp điện trở lại sau thời gian thao tác, nghĩa là chỉ 
mất điện trong thời gian thao tác tttK, thời gian này phụ thuộc vào mức độ tự động hoá của lưới 
điện, nhưng ngắn hơn nhiều so với thời gian sửa chữa sự cố. 
+ Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt. 
- Ảnh hưởng của các phân đoạn không nằm trên đường nối: phân đoạn ngay sau phân 
đoạn trên đường nối, ảnh hưởng của nó đến phân đoạn trên đường nối và cũng là ảnh hưởng đến 
phân đoạn xét i. 
+ Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: tính toán trường hợp có và không đặt thiết bị tự 
động đóng lại. 
+ Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt. 
Ma trận B(i, j) 
j = 0 
j = j + 1 
B(j, j) = 1 
r = j 
r = j 
B(r1, j) = 1 
r1 = 0 
r1 = NĐ(r) 
Đúng 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 86 
2.3.2. Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn đẳng trị 
- Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn i: 
∑
≠=
λ+λ=λ
Npd
1j;1j
jiii0i l. ; ∑
≠=
+λ=
Npd
1j;1j
mdjisciii0mdi Tt.l.T 
Npd: tổng số các phân đoạn. 
- Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện trung bình của một phụ tải điện: 
pd
Npd
1i
i
tb N
∑
=
λ
=λ ; 
pd
Npd
1i
mdi
mdtb N
T
T
∑
=
= 
- Điện năng mất của phân đoạn i và tổng điện năng mất: 
8760
T.P.TA imaximdimdji = ; ∑
=
∑ =
Npd
1i
mdimd AA 
Chỉ tiêu độ tin cậy của đoạn lưới j cũng tức là của phụ tải j (trạm phân phối j) đấu vào 
đoạn lưới, đó là tổng của cột j trong hai ma trận ảnh hưởng: 
SL(j) = SLPj = ΣAS(i,j); th(j) = thPj = ΣAH(i,j) 
A(j) = thPj. Pmax(j). Tmax(j). 8760
1
; A= ΣA (j) 
Từ đó tính các chỉ tiêu trung bình của toàn lưới phân phối. 
2.3.3. Thuật toán tính các ma trận ảnh hưởng 
Để lập ma trận ảnh hưởng ta xét từng cột j của ma trận B(i,j) bắt đầu từ j = 1 đến j = N, 
với mỗi cột ta lại xét từng i bắt đầu từ i = 1 đến i = N. Có thể xảy ra các trường hợp sau: 
- B(i,j) = 1: đoạn lưới i nằm trên đường nối 0 - j, ta có: 
AS(i,j) = λ(i); AH(i,j) = λ(i). t0(i) 
- B(i,j) = 0: đoạn lưới i không nằm trên đường nối 0 - j, cần tìm các đoạn lưới nằm giữa 
đoạn lưới i và đoạn lưới j, tức là các đoạn a, b... 
Trước tiên ta tìm đoạn lưới k đứng ngay trước đoạn lưới i theo điều kiện: 
NĐ(i) = NC(k) 
Sau đó xét B(k,j) nếu: 
+ B(k,j) = 1: đoạn lưới k nằm trên đường nối 0 - j, ta có: 
AS(i,j) = λ(i). K(i) 
AH(i,j) = λ(i). K(i). tC(i) (*) 
+ B(k,j) = 0: đoạn lưới k không nằm trên đường nối 0 - j, vì vậy: 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 87
)i().i(K.)k(
)j,k(AS)j,i(AS λ
λ
= 
)i(t).i().i(K.)k(t).k(
)j,k(AH)j,i(AH C
C
λ
λ
= (**) 
Các công thức (*) và (**) có tác dụng giữ lại trong AS(k,j) và AH(k,j) các K(a), K(b)... 
tức là mã thiết bị phân đoạn trên đường nối giữa đoạn lưới k và đoạn lưới j hoặc đoạn lưới bất 
kỳ trên đường nối 0 - j. 
Theo thuật toán này với cách đánh số nút và nhánh như trên thì AS(k,j) AH(k,j) được 
tính trước AS(i,j) và AH(i,j) vì k < 1. 
2.4. Tính toán các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới phân phối 
- Số lần cắt điện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối: 
1N
SL
SL
1N
1i
Pi
tb
∑
=
= 
+ SLPi: số lần cắt điện trạm biến áp phân phối i trong một năm. 
+ N1: số trạm phân phối thuộc lưới phân phối được tính. 
- Thời gian cắt điện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm: 
1N
t
t
1N
1i
hPi
htb
∑
=
= 
+ thPi: thời gian cắt điện một trạm biến áp phân phối trong một năm. 
- Điện năng mất của toàn lưới phân phối: 
∑
=
=
1N
1i
it AA 
3. XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN 
PHỐI TRUNG ÁP [4,5] 
- Giao diện chính của chương trình: 
Từ giao diện chính của chương trình cho, 
cho phép người sử dụng lựa chọn: 
+ Phương pháp vào số liệu. 
+ Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối của 
các File số liệu đã tạo hoặc File mới. 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 88 
- Giao diện nhập số liệu từ bàn phím: 
+ Nhập số nhánh. 
+ Nhập nút nguồn thứ hai (nếu có). 
+ Sau khi nhập các số liệu vào bảng tính, 
kiểm tra lại số liệu xem nhập có đúng hay không 
(báo lỗi). 
+ Cho phép ghi vào File để sử dụng cho các 
lần tiếp theo. 
- Giao diện xem và sửa số liệu: 
+ Xem và sửa các File số liệu có sẵn. 
+ Ghi vào File cũ hoặc tạo File mới sử dụng 
các lần tiếp theo. 
- Giao diện tính toán độ tin cậy: 
+ Đọc số liệu từ File đã nhập. 
+ Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối 
khi có một hoặc hai nguồn cung cấp. 
+ Ghi kết quả mới tính hoặc xem lại kết 
quả đã tính toán. 
+ Tổ chức in ấn kết quả. 
4. NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 
- Tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây: 
+ Sơ đồ sử dụng đường dây kép. 
+ Sơ đồ mạng kín vận hành hở. 
+ Sơ đồ lưới có phân đoạn. 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 89
- Tổ chức tìm và sửa chữa nhanh sự cố. 
- Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao. 
- Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều 
khiển từ xa: TDL, TDN, SCADA... 
- Thay thế trạm biến áp phân phối treo bằng trạm 
biến áp phục hồi nhanh [6]. 
- Đường dây trung áp sử dụng máy cắt có tự động đóng lặp lại [6]: Reclosers 
5. KẾT LUẬN 
Chương trình được ứng dụng để tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Thái 
Nguyên (với đường dây chưa được cải tạo và nâng cấp) [6], từ kết quả tính toán cho thấy độ tin 
cậy còn thấp do lưới phân phối chủ yếu là mạch hình tia hoặc phân nhánh có phân đoạn bằng 
dao cách ly, thiết bị đóng cắt và bảo vệ cũ, công nghệ lạc hậu, độ tin cậy thấp, các trạm biến áp 
phân phối chủ yếu là trạm treo dẫn đến thời gian ngừng điện trong năm do sự cố hoặc bảo 
dưỡng nhiều, điện năng mất do ngừng điện tương đối lớn, chưa đáp ứng được yêu cầu cung cấp 
điện cho các hộ phụ tải [6]. 
Từ đó tác giả đã đề xuất một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối 
tỉnh Thái Nguyên [6]. 
Bài báo chưa đề cập đến vấn đề dự trữ máy biến áp phân phối trong lưới điện phân phối 
để nâng cao độ tin cậy và giảm thời gian mất điện đối với hộ phụ tải. 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bày phương pháp nghiên cứu tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối 
trung áp. Áp dụng ngôn ngữ lập trình Delphi xây dựng phần mềm tính toán và đề xuất một số 
giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối. 
SUMM ARY 
This article presents a research method of calculating the confidence of electric medium 
voltage delivering network. It makes use of Delphi programming language to build a calculating 
software and raise some solutions to enhance the confidence of the delivering network. 
M¸y c¾t Reclosers gåm 3 series: N, U vµ W 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 90 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]Trần Bách (2000) “Lưới điện và hệ thống điện”, Tập 1, 2 – Nxb Khoa học và Kĩ thuật ,Hà Nội 
[2]. Phan Văn Khôi (1987) “Cơ sở đánh giá độ tin cậy” Nxb Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội. 
[3]. Bùi Ngọc Thư (2002) “Mạng lưới cung cấp và phân phối điện” - Nxb Khoa học và Kĩ thuật 
Hà Nội. 
[4].Đỗ Xuân Khôi (1998) Tính toán phân tích hệ thống điện, Nxb Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội . 
[5]. Ngôn ngữ lập trình Delphi 5 , 6 , 7. Nxb Giáo dục 
[6]. Nghiên cứu tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối , Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 
2007 - Trung tâm học liệu ĐHTN 
[7]. Electric Power Distribution System Engineering-Turan Gonen McGraw-Hill 1986.