Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện phân phối

Võ Khắc Hoàng - Công ty Lưới điện Cao thế miền Trung 

A. Độ tin cậy cung cấp điện

Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã có các quy định về chỉ tiêu suất sự cố (đường dây và trạm biến áp) trong quản lý, vận hành hệ thống điện, làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng quản lý vận hành nguồn lưới đáp ứng yêu cầu cung ứng điện liên tục cho khách hàng. Cụ thể như sau:

- Suất sự cố thoáng qua đường dây trung thế     : 12 vụ / 100 km/ năm.
- Suất sự cố vĩnh cửu đường dây trung thế        : 3,6 vụ / 100 km/ năm.
- Suất sự cố vĩnh cửu TBA                               : 1,8 vụ / 100 MBA/ năm

Từ các quy định trên đã buộc các đơn vị thành viên phải tích cực đưa ra kế hoạch và các phương án cải thiện chất lượng cung ứng điện trên hệ thống điện toàn quốc, đồng thời có tác động tích cực đến ý thức trách nhiệm của đội ngũ cán bộ công nhân viên làm công tác quản lý kỹ thuật, vận hành hệ thống điện. Tuy nhiên, việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện qua chỉ tiêu suất sự cố còn một số bất cập sau:

- Chỉ tiêu suất sự cố chỉ cho biết số lần mất điện (do sự cố) trung bình của hệ thống. Không biết được số lần và thời gian mất điện của khách hàng, cũng như phạm vi mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được (do mất điện); từ đó tính toán các thiệt hại do mất điện gây ra và đề ra các biện pháp thích hợp để giảm số lần và thời gian mất điện khách hàng, cũng như giảm phạm vi mất điện để tăng độ tin cậy của hệ thống.

- Với chỉ tiêu suất sự cố nêu trên, không thấy rõ hiệu quả kinh tế đem lại của các dự án cải tạo lưới điện, lắp đặt các hệ thống tự động phân đoạn sự cố cũng như hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối, đặc biệt là sự cần thiết phải xây dựng các mạch liên lạc giữa các trạm nguồn, các mạch vòng cung cấp điện... để giảm thời gian mất điện cũng như hạn chế phạm vi (số hộ mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được) do sự cố hoặc thao tác hay bảo dưỡng thí nghiệm định kỳ.

Để giải quyết vấn đề trên, cần phải xây dựng thêm nhiều chỉ tiêu cụ thể để đánh giá thực chất độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng vận hành của lưới điện cũng như công tác quản lý vận hành.  

Một số công ty điện lực ở các nước đã xây dựng các chỉ số chất lượng để theo dõi độ tin cậy vận hành của hệ thống. Các chỉ số chất lượng này có thể dùng để so sánh chất lượng phục vụ giữa các công ty, giữa các đơn vị trong cùng công ty hay dùng để so sánh trực tiếp chất lượng trước và sau cải tạo của một xuất tuyến hay của cả một hệ thống.   Tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) của Mỹ đã xây dựng một số chỉ số để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, cụ thể như sau :

A.1 - Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện kéo dài

1. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Frequency Index - SAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.

2. Chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Duration Index - SAIDI): Chỉ số này cung cấp thông tin về thời gian (phút hoặc giờ) mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.

3. Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Duration Index - CAIDI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình cần để phục hồi cung cấp điện cho khách hàng trong một lần mất điện (vĩnh cửu).

4. Chỉ số tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Total Average Interruption Duration Index - CTAIDI): Đối với khách hàng thực tế đã mất điện, chỉ số này thể hiện tổng thời gian trung bình khách hàng trong thông báo bị mất điện. Chỉ số này được tính toán như chỉ số CAIDI, trừ việc khách hàng bị mất điện nhiều lần chỉ được tính một lần.

5. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Frequency Index - CAIFI): Chỉ số này thể hiện số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.

6. Chỉ số sẵn sàng cấp điện trung bình (Average Service Availability Index ASAI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình (thường tính bằng %) mà khách hàng được cung cấp điện trong vòng một năm. Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp trong năm và tổng số giờ khách hàng yêu cầu (số giờ khách hàng yêu cầu = 24giờ/ ngày*365 ngày = 8760 giờ ).

7. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (Average System Interruption Frequency Index - ASIFI) về mặt phụ tải: Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số công suất (kVA) bị gián đoạn trên tổng số công suất (kVA) được cung cấp.  

Đây là chỉ số quan trọng đối với các khu vực cấp điện chủ yếu cho ngành công, thương nghiệp. Chỉ số này cũng được sử dụng bởi các công ty không có hệ thống theo dõi khách hàng.

8. Chỉ số thời gian trung bình mất điện của hệ thống (Average System Interruption Duration Index - ASIDI) về mặt phụ tải: Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng điện năng không cung cấp được (do bị gián đoạn cung cấp điện) trên tổng số công suất (kVA) được cung cấp.

9. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customers Experiencing Multiple Interruptions - CEMIn): Chỉ số này để theo dõi số sự kiện (n) những lần mất điện đối với một khách hàng nào đó. Mục đích là xác định sự phiền toái cho khách hàng mà giá trị trung bình không thấy được.

A.2 - Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện thoáng qua

1. Chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống (Momentary Average Interruption Frequency Index - MAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về số lần mất điện thoáng qua trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.

2. Chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống (Momentary Average Interruption event Frequency Index - MAIFIE): Chỉ số này cung cấp thông tin về con số trung bình của các sự kiện mất điện thoáng qua của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.

3. Chỉ số tần suất mất điện (thoáng qua và kéo dài) trung bình của khách hàng (Customers Experiencing Multiple Sustained Interruptions and Momentary Interruptions events CEMSMIn): Chỉ số này để theo dõi số sự kiện (n) những lần mất điện thoáng qua và kéo dài đối với một khách hàng nào đó. Mục đích là xác định sự phiền toái cho khách hàng mà giá trị trung bình không thấy được.

A.3 - Một số chỉ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện khác

1. Chỉ số độ không sẵn sàng cấp điện trung bình (Average Service Unavailability Index - ASUI);

2. Chỉ số điện năng không cung cấp (Energy Not supplied Index - ENS);

3. Chỉ số điện năng không cung cấp trung bình (Average Energy Not supplied Index - AENS);

Phần lớn các nước trên thế giới đang áp dụng các chỉ số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện. Hiện nay, Việt Nam đang triển khai áp dụng các chỉ số SAIDI, SAIFI, MAIFI để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện.

B. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới phân phối, có hai giải pháp chính:

1. Giải pháp làm giảm sự cố.
2. Giải pháp làm giảm thời gian mất điện.

B.1 - Các biện pháp làm giảm sự cố (ngăn chặn sự cố xảy ra)

1. Nâng cao chất lượng của thiết bị vận hành: Sử dụng các thiết bị có chất lượng vận hành tốt (lưu ý: thiết bị cũ, vận hành lâu ngày hay thiết bị mới nhưng có chất lượng thấp vẫn gây ra suất hư hỏng cao) và có tính tự động hóa cao. Lên kế hoạch và từng bước thay thế các thiết bị có suất hư hỏng cao bằng các thiết bị mới và có suất hư hỏng thấp.

Ví dụ, Tổng công ty Điện lực miền Trung đã triển khai áp dụng các cách điện đứng loại line post và pin post thay cho các cách điện đứng loại pin type (truyền thống) có suất sự cố cao. Khuyến cáo không sử dụng các máy cắt (S&S), các recloser (VR3S), cầu chì tự rơi … có suất sự cố cao.

2. Trong thiết kế, mua sắm, lắp đặt cần sử dụng các vật tư, thiết bị và áp dụng các giải pháp phù hợp với điều kiện vận hành lưới điện nhằm giảm bớt các sự cố có tác nhân từ bên ngoài, ví dụ như :

- Sử dụng dây bọc cách điện để ngăn ngừa các sự cố do tiếp xúc với các vật thể khác.

- Sử dụng các thiết bị phù hợp với môi trường vận hành, sử dụng sứ chống nhiễm mặn khi các đường dây đi qua khu vực gần biển bị nhiễm mặn …

- Lắp đặt các chống sét đường dây, mỏ phóng cho các đường dây đi qua các vùng có mật độ sét lớn, suất sự cố do sét cao.

3. 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 …

- Đào tạo để nâng cao kiến thức và tay nghề cùng tính kỷ luật cho nhân viên vận hành.

- Từng bước nâng cao tỉ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới điện đang vận hành).

B.2 - Các biện pháp làm giảm thời gian mất điện (khoanh vùng và khắc phục sự cố nhanh)

1. Giảm đến mức tối thiểu khu vực mất điện bằng cách tăng số lượng lắp đặt thiết bị phân đoạn.

2. Nhanh chóng khoanh vùng sự cố bằng cách áp dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối nhằm tự động phân vùng sự cố.

3. Xây dựng hệ thống mạch kép (2 mạch), mạch vòng …

4. Khắc phục sự cố nhanh.

- Xác định nhanh điểm sự cố bằng các thiết bị chuyên dùng để dò điểm sự cố như thiết bị chỉ thị sự cố (Fault indicator).

- Trang bị các thiết bị chuyên dùng để xử lý sự cố.

- Tăng cường công tác bồi dưỡng, huấn luyện nhân viên vận hành về trình độ và kỹ năng xử lý sự cố.

Phần tiếp theo sẽ giới thiệu một thiết bị báo sự cố đường dây trên không (Fault indicator) loại FLA3 của hãng EMG/GERMANY, có khả năng xác định ngay vùng sự cố, giúp phát hiện và xử lý nhanh điểm sự cố, kết quả là giảm được thời gian mất điện của khách hàng. Điều này đồng nghĩa với việc cải thiện đáng kể các chỉ số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI; nâng cao chất lượng cung cấp điện của các công ty điện lực.

C. Thiết bị báo sự cố FLA3 của hãng EMG (Cộng hòa Liên bang Đức)

C.1 - Nguyên lý hoạt động

Thiết bị báo sự cố thực chất là các cảm biến dòng điện. Khi dòng điện đi qua thiết bị báo sự cố có giá trị vượt quá giá trị đã cài đặt trước (dòng điện và thời gian), thiết bị báo sự cố sẽ tác động và báo hiệu bằng đèn hay cờ giúp nhân viên quản lý vận hành nhanh chóng tìm ra điểm sự cố.

C.2 - Phạm vi áp dụng
Hình 1: Minh họa việc sử dụng thiết bị báo sự cố trên lưới điện hình tia FLA3 được dùng cho đường dây trên không.

Với sơ đồ lưới điện như hình 1, sự cố loại FLA3 (Một nằm đầu nhánh rẽ 1, hai nằm sau nhánh rẽ 2 và 3 nằm đầu nhánh rẽ 3). Khi có sự cố trên nhánh rẽ NR3, sẽ xuất hiện dòng ngắn mạch chạy qua các thiết bị báo cố 2 và 3 làm các thiết bị này tác động báo sự cố qua tín hiệu đèn và cờ. Khi máy cắt đầu nguồn cắt ra, nhân viên quản lý vận hành kiểm tra các thiết bị báo sự cố:

- Đầu tiên kiểm tra thiết bị báo sự cố 1 ở nhánh rẽ NR1, không thấy tín hiệu chứng tỏ sự cố nằm trên trục chính phía sau nhánh rẽ 1.

- Kiểm tra thiết bị chỉ báo sự cố 2, thấy báo tín hiệu, chứng tỏ có sự cố phía sau nó. Reset lại thiết bị chỉ thị sự cố này và kiểm tra tiếp.

- Kiểm tra thiết bị chỉ thị báo sự cố 3 trên nhánh rẽ NR3, thấy báo tín hiệu, chứng tỏ có sự cố trên nhánh rẽ 3. Cô lập nhánh rẽ NR3 và đề nghị đóng lại máy cắt đầu nguồn để cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố. Tiến hành kiểm tra và sửa chữa sự cố trên nhánh rẽ NR3.

Thiết bị FLA3 còn có thể phát huy hiệu quả cao hơn nếu có 2 xuất tuyến đi ra từ một feeder. Trong trường hợp đó, chúng ta có thể giảm tới 50% thời gian dò tìm sự cố vì khi đó, chỉ FLA3 trên xuất tuyến có sự cố mới báo tín hiệu, có thể cô lập ngay xuất tuyến đó và đóng lại máy cắt đầu nguồn để tái lập cung cấp điện cho xuất tuyến không bị sự cố.

C.3 - Những ưu điểm của FLA3

1. Thiết bị FLA3 sử dụng lắp đặt cho đường dây trên không với cáp (hay dây trần) có đường kính tới 38 mm (Maximum 40 mm). Kết cấu ngầm FLA3, được thiết kế chắc chắn, thich hợp lắp đặt với hầu hết các loại cáp trên không, ngay cả các loại cáp trên không có chiều dày lớp cách điện cao như tại lưới điện của Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.

2. Thiết bị FLA3 được thiết kế để có thể lắp đặt hay tháo ra bằng sào thao tác "Hot-Line" nên rất thuận tiện khi lắp đặt hay tháo gỡ thay đổi vị trí sử dụng trên lưới mà không phải cúp điện.

3. Chỉ thị chính xác và tin cậy, sử dụng đơn giản và hiệu quả.

4.  Kết cấu gọn nhẹ, nhưng chắc chắn, đảm bảo cho việc vận hành an toàn.

5. Chỉ thị sự cố bằng “FLAG” (màu cam) và “LED” (ánh sáng trắng) nên có thể dễ dàng phát hiện lúc ban ngày hay ban đêm.

6. Các thông số vận hành của FLA3 đều được cài đặt qua "REMOTE CONTROL"  sau khi đã được lắp đặt trên lưới tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng.

- Thời gian báo sự cố: 30 - 720min (12 giờ) với bước chỉnh là 30 phút

- Dòng hoạt động: từ 40 - 1.500A với bước chỉnh 20 A

- Thời gian chịu xung (quá độ): 40 - 300 ms với bước chỉnh 20 ms (mi-li-giây)

7. Người sử dụng có thể đọc kiểm tra hay điều chỉnh các thông số vận hành cài đặt của FLA3 qua bộ  "REMOTE CONTROL" ở dưới đất. Phần mềm đơn giản và thân thiện với End-User.

8. Thiêt bị FLA3 có thể hoạt động theo thông số đã cài đặt theo yêu cầu của người sử dụng hay hoạt động theo chế độ "AUTO"  (chế độ “AUTO”: thiết bị FLA3 hoạt động theo sự thay đổi dòng tải của lưới).

9. Thông qua bộ “REMOTE CONTROL” người sử dụng có thể "SELF TEST " - kiểm tra hoạt động của FLA3 trước và sau khi lắp đặt trên lưới.

10. Thông qua bộ  “REMOTE CONTROL” người sử dụng có thể đọc được dòng điện đang vận hành trên lưới điện mà FLA3 đang treo.