Để đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cung cấp điện, ta cần phải khảo sát những chỉ tiêu định lượng cơ bản về độ tin cậy của các sơ đồ nối điện khác nhau của hệ thống cung cấp điện. Các chỉ tiêu đó là: Xác suất làm việc an toàn P(t) của hệ thống trong khoảng thời gian t khảo sát, thời gian làm việc an toàn trung bình T giữa các lần sự cố, hệ số sẵn sàng A của hệ, thời gian trung bình sửa chữa sự cố, sửa chữa định kỳ….

Tính toán độ tin cậy của sơ đồ cung cấp điện nhằm xác định giá trị trung bình thiệt hại hàng năm do ngừng cung cấp điện, phục vụ bài toán tìm phương án cung cấp điện tối ưu hài hòa giữa 2 chỉ tiêu: Cực tiểu vốn đầu tư và cực đại mức độ đảm bảo cung cấp điện.

Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp cấu trúc nối tiếp các phần tử.

Phương pháp này xây dựng mối quan hệ trực tiếp giữa độ tin cậy của hệ thống với độ tin cậy của các phần tử đã biết. Phương pháp bao gồm: việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng phương pháp giải tích bằng đại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp để tính toán độ tin cậy.

Sơ đồ độ tin cậy

Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích ảnh hưởng của hỏng hóc phần tử đến hỏng hóc của hệ thống. Vì vậy sơ đồ độ tin cậy thường khác với sơ đồ vật lý. Ví dụ 4 bánh ô tô xem như nối song song trong sơ đồ vật lý, nhưng trong sơ đồ độ tin cậy phải xem 4 bánh đó mắc nối tiếp vì bất cứ một bánh nào đó hỏng cũng dẫn đến xe hỏng phải ngừng….

Sơ đồ độ tin cậy bao gồm:

  • Các nút: Nút nguồn, nút tải và các nút trung gian-là chỗ nối tiếp của ít nhất 3 nhánh.
  • Các nhánh: được vẽ bằng các khối hình chữ nhật mô tả trạng thái tốt của phần tử. Phần tử bị hỏng tương ứng với việc xóa khối của phần tử đó ra khỏi sơ đồ.

Nhánh và nút tạo thành mạng lưới nối liền nút phát và nút tải của sơ đồ. Có thể có nhiều đường nối từ nút phát đến nút tải, mỗi đường gồm nhiều nhánh nối tiếp.

Theo sơ đồ, trạng thái tốt của hệ thống là trạng thái trong đó có ít nhất một đường nối từ nút phát vào nút tải. Trạng thái hỏng của hệ thống khi nút phát bị tách rời với nút tài do hỏng hóc các phần tử.

Đối với HTĐ sơ đồ độ tin cậy có thể trùng hoặc không trùng với sơ đồ nối điện (Sơ đồ vật lý ) tùy thuộc vào tiêu chuẩn hỏng hỏc của hệ thống được lựa chọn.

Ví dụ: có sơ đồ điện gồm 4 đường dây song song như hình vẽ sau:

sơ đồ điện 4 đường dây song song

Tiêu chuẩn hỏng hóc (TCHH) của hệ thống đặt ra là: Công suất của lưới không đủ truyền tải công suất cho phụ tải.

Ta xét 3 trường hợp:

  • Khả năng tải 4 đường dây đều đáp ứng công suất phụ tải, hệ thống sẽ hỏng khi cả 4 đường dây bị hỏng và sơ đồ độ tin cậy trùng với sơ đồ điện (Hình a).
  • Khả năng tải của ít nhất 3 đường dây mới đủ công suất cung cấp cho phụ tải, khi đó hệ thống sẽ hỏng khi có 2 đường dây trở lên bị hỏng, ta có sơ đồ độ tin cậy khác với sơ đồ điện (Hình b).
  • Khả năng tải của cả 4 đường dây mới đáp ứng được công suất phụ tải. Trong trường hợp này hệ thống sẽ hỏng khi chỉ cần hỏng 1 đường dây bất kỳ, vì vậy sơ đồ độ tin cậy sẽ là sơ đồ nối tiếp các phần tử như (Hình c) khác với sơ đồ điện.

Sơ đồ độ tin cậy như trên chỉ thành lập được khi phần tử chỉ có 2 trạng thái: tốt hoặc hỏng và hệ thống cũng chỉ có 2 trạng thái đó.

Độ tin cậy của sơ đồ các phần tử nối tiếp

Xét sơ đồ độ tin cậy của hệ thống gồm n phần tử nối tiếp như hình sau (trong đó N là nút nguồn và T là nút tải).

sơ đồ độ tin cậy hệ thống n phần tử nối tiếp

Giả sử đã biết cường độ hỏng hóc của n phần tử lần lượt là λ1 , λ2 , … λn và thời gian phục hồi trung bình ζi của các phần tử. Vì các phần tử nối tiếp trong sơ đồ độ tin cậy nên hệ thống chỉ làm việc an toàn khi tất cả n phần tử đều làm việc tốt, giả thiết các phần tử làm việc độc lập nhau.

Xác suất trạng thái tốt (độ tin cậy) của hệ thống là: 

xác suất trạng thái tốt

Với giả thiết thời gian trung bình làm việc an toàn T của phần tử có phân bố mũ, nghĩa là:

ct 5.2

Thời gian vận hành an toàn trung bình của hệ thống là TH = 1/Λ.

Giả thiết rằng thời gian phục hồi (sửa chữa sự cố) của phần tử có phân bố mũ, khi đó cường độ phục hồi μi = 1/ζi .

Từ đây ta có thể xác định thời gian phục hồi trung bình của hệ thống:

ct 5.9

Các công thức trên cho phép ta đẳng trị các phần tử nối tiếp thành một phần tử tương đương khi biến đổi sơ đồ.

Ví dụ

Xét lưới điện như hình vẽ:

ví dụ 1

Các số liệu cho trước:
λ1 = 0.02 (1/năm); λ2 = 0.01 (1/năm); λ3 = 1 (1/năm); λ4 = 0.01 (1/năm);
ζ1 = 12 (h); ζ2 = 6 (h); ζ3 = 20 (h); ζ4 = 40 (h).
Xác định độ sẵn sàng A, độ không sẵn sàng A*, độ tin cậy R(t) ở thời gian khảo sát t=1 năm?

Giải

giải vd

giải vd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bạn có muốn nhận bộ tài liệu: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ?
Tải ngay: https://vnk.edu.vn/ebook-huong-dan-thiet-ke-lap-dat-dien-theo-iec/

Phương pháp đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cung cấp điện
1 (20%) 1 vote