NGUYỄN QUANG THUẤN

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGUYỄN QUANG THUẤN

2004 - 2006
Hà nội
2006

HÀ NỘI 2006


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………….....

5

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY…………………..

7

1.1. Khái niệm về hệ thống và phần tử……………………………….

7

1.1.1. Hệ thống……………………………………………………………

7

1.1.2. Phần tử…………………………………………………………......

7

1.2. Độ tin cậy và độ sẵn sàng………………………………………….

9

1.2.1. Độ tin cậy…………………………………………………………..

9

1.2.2. Độ sẵn sàng………………………………………………………..

9


1.3. Những chỉ tiêu đặc trưng cho quá trình hỏng hóc……………

10

1.3.1. Xác suất làm việc tin cậy…………………………………………

10

1.3.2. Xác suất hỏng hóc…………………………………………………

10

1.3.3. Mật độ xác suất của thời gian làm việc tin cậy.......................

10

1.3.4. Hàm tốc độ hỏng hóc...............................................................

11

1.3.5. Thời gian trung bình tới khi hỏng MTTF................................

12

1.3.6. Quan hệ giữa các hàm.............................................................

13

1.4. Bảo dưỡng và khả năng bảo dưỡng.........................................


14

1.4.1. Định nghĩa...............................................................................

14

1.4.2. Phân loại các hình thức bảo dưỡng........................................

15

1.5. Các luật phân bố hay gặp trong độ tin cậy...............................

16

1.5.1. Phân bố nhị phân....................................................................

16

1.5.2. Phân bố Poisson......................................................................

17

1.5.3. Phân bố hàm mũ......................................................................

19

1.5.4. Phân bố Weibull......................................................................

20


1.5.5. Phân bố Rayleigh....................................................................

21

1.5.6. Phân bố chuẩn.........................................................................

21

1.5.7. Phân bố chuẩn logarít.............................................................

21

1.5.8. Phân bố Gamma......................................................................

22

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY HTĐ.......

23

2.1. Phương pháp đồ thị giải tích....................................................


24

2.1.1. Sơ đồ độ tin cậy.......................................................................

24

2.1.2. Tính tốn độ tin cậy của các sơ đồ.........................................

26

2.2. Phương pháp không gian trạng thái........................................

31

2.2.1. Trạng thái và khơng gian trạng thái.......................................

31

2.2.2. Q trình ngẫu nhiên Markov................................................

31

2.2.3. Tần suất và thời gian trạng thái.............................................

35

2.3. Phương pháp cây hỏng hóc......................................................

37


2.3.1. Khái quát chung......................................................................

37

2.3.2. Phương pháp thành lập cây hỏng hóc.....................................

38

2.3.3. Phân tích cây hỏng hóc để tính tốn độ tin cậy......................

39

2.4. Phương pháp Monte-Carlo.......................................................

41

2.4.1. Nội dung của phương pháp Monte-Carlo...............................

41

2.4.2. Mơ hình hố hoạt động của các phần tử.................................

42

2.4.3. Tính tốn độ tin cậy HTĐ bằng phương pháp Monte-Carlo...

46

2.5. Kết luận......................................................................................


48

Chương 3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HTĐ PHỨC TẠP..................

51

3.1. Khái quát chung........................................................................

51

3.2. Cơ sở đánh giá độ tin cậy hệ thống điện..................................

57

3.2.1. Lựa chọn phương pháp đánh giá độ tin cậy HTĐ phức tạp....

57

3.2.2. Mơ hình biến đổi trạng thái của hệ thống điện.......................

61

3.2.3. Đánh giá trạng thái……………………………………………….

64

3.2.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện.......................

67


3.3. Phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống điện.....................

69

3. 4. Ví dụ áp dụng............................................................................

71

3.4.1. Đặt bài tốn.............................................................................

71

3.4.2. Kết quả và phân tích................................................................

73

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

3.5. Nâng cao ĐTC HTĐ bằng sử dụng TCSC/SVC/TCPAR.......

78

3.5.1 Đặt vấn đề................................................................................

78


3.5.2. Mơ hình độ tin cậy của TCSC, SVC và TCPAR......................

80

3.5.3. Ứng dụng TCSC, SVC và TCPAR trong ĐTC HTĐ................

92

3.5.4 Ví dụ áp dụng...........................................................................

96

3.6. Kết luận......................................................................................

103

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.................................................................

105

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………

107

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Quan hệ giữa các hàm f(t), Q(t), R(t), λ(t) và MTTF.......

14

Bảng 2.1. Ký hiệu và định nghĩa các cửa và các sự kiện khi lập
cây hỏng hóc......................................................................................

39

Bảng 3.1. Cường độ hỏng hóc, sửa chữa của máy phát và máy
biến áp……………………………………………………………………...

72

Bảng 3.2. Cường độ hỏng hóc, sửa chữa của các đường dây
truyền tải…………………………………………………………………...

72

Bảng 3.3 . Xác suất phân bố của thời gian cắt sự cố tc……………..

72

Bảng 3.4. Xác suất phân bố của thời gian đóng trở lại tr…………...


73

Bảng 3.5. Xác suất phân bố của thời gian tồn tại sự cố tf………......

73

Bảng 3.6. MIOR trong trạng thái sự cố vĩnh cử và thống qua……

76

Bảng 3.7. Thơng tin về thời gian đóng trở lại………………………...

77

Bảng 3.8. Số lượng mất tải do nguyên nhân sự cố vĩnh cửu và tạm
thời………………………………………………………………………….

78

Bảng 3.9. Trạng thái của một đường dây cùng với một TCSC 4
môđun………………………………………………………………………

84

Bảng 3.10. Xác định trạng thái phần tử bởi một số ngẫu nhiên…...

93

Bảng 3.11. Số liệu các nhánh của hệ thống điện lấy làm ví dụ…….


97

Bảng 3.12. Các cường độ chuyển đổi (lần/năm) của mơ hình
khơng gian trạng thái của một TCSC 4 mơđun…………………........

97

Bảng 3.13. Ảnh hưởng của việc đặt TCSC cải thiện độ tin cậy…….

98

Bảng 3.14. Giải pháp cho tập các giới hạn nhiệt khác……………...

99

Bảng 3.15. Số liệu độ tin cậy của SVC gồm một TSC và một TCR...

100

Bảng 3.16. Giải pháp cho một SVC dung lượng nhỏ………………..

101

Bảng 3.17. Giải pháp cho một SVC dung lượng lớn………………...

101

Bảng 3.18. Số liệu độ tin cậy của một bộ biến đổi…………………...


102

Bảng 3.19. Các giải pháp có đặt và không đặt một TCPAR………..

102

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng của phần tử…….

8

Hình 1.2. Đường cong tốc độ hỏng hóc............................................

12

Hình 1.3. Đồ thị hàm R(t) và Q(t)……………………………………...

13

Hình 1.4. Phân loại các hình thức bảo dưỡng..................................


15

Hình 1.5. Hàm mật độ mũ với  = 1.................................................

20

Hình 1.6. Phân bố Weibull với  = 10 và  = 0,5; 1 và 4..............

21

Hình 2.1. Phân biệt sơ đồ điện và sơ đồ độ tin cậy đường dây tải
điện....................................................................................................

25

Hình 2.2. Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm các phần tử nối tiếp.........

26

Hình 2.3. Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm các phần tử song song.....

28

Hình 2.4. Sơ đồ gồm m đường nối song song...................................

29

Hình 2.5. Sơ đồ ghép nối các lát cắt tối thiểu..................................


30

Hình 2.6. Mơ hình khơng gian trạng thái.........................................

36

Hình 2.7. Cấu trúc tổng quát của một cây sự cố..............................

38

Hình 2.8. Cây hỏng hóc gồm 4 sự kiện cơ bản, 2 sự kiện trung
gian....................................................................................................

40

Hình 2.9. Lịch sử đồ của phần tử 2 trạng thái..................................

43

Hình 2.10. Sơ đồ xác định cường độ chuyển trạng thái...................

44

Hình 2.11. Lịch sử đồ của phần tử 3 trạng thái................................

44

Hình 3.1. Mơ hình khơng gian trạng thái của phần tử hai trạng
thái.....................................................................................................


53

Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống điện đơn giản lấy làm ví dụ.....................

54

Hình 3.3. Minh hoạ sự biến đổi của thành phần 2 dẫn đến sự biến
đổi trạng thái hệ thống......................................................................

61

Hình 3.4. Mơ hình biến đổi 2 trạng thái của máy phát điện.............

62

Hình 3.5. Mơ hình biến đổi 3 trạng thái của đường dây tải điện.....

62

Hình 3.6. Sơ đồ phân biệt sự cố vĩnh cửu và tạm thời......................

65

Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống điện gồm 9 nút.........................................

71

Hình 3.8. Kết quả mơ phỏng EENS..................................................

74


Hình 3.9. Kết quả mơ phỏng MLLDR1.............................................

75

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

Hình 3.10. Kết quả mơ phỏng MLLDR2...........................................

75

Hình 3.11. Kết quả mơ phỏng Cov3……………………………………

76

Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc của một TCSC gồm 4 mơđun..................

80

Hình 3.13. Đường cong khả năng dịng điện phản kháng của
mơđun TCSC......................................................................................

81

Hình 3.14. Đường cong khả năng dòng điện phản kháng của một

TCSC có 4 mơđun với số lượng các mơđun làm việc khác nhau......

81

Hình 3.15. Mơ hình ổn định của một TCSC trên đường dây ij.........

82

Hình 3.16. Mơ hình khơng gian trạng thái của một TCSC 4 mơđun

83

Hình 3.17. Cấu trúc một SVC điển hình gồm có ba TSC và một
TCR....................................................................................................

86

Hình 3.18. Sơ đồ SVC được đặt giữa đường dây ij..........................

87

Hình 3.19. Mơ hình khơng gian trạng thái của SVC gồm 1 TSC và
1 TCR.................................................................................................

88

Hình 3.20. Sơ đồ cấu trúc điển hình của một TCPAR......................

89


Hình 3.21. Mạch tương đương của một TCPAR lý tưởng được lắp
đặt trên đường dây ij.........................................................................

90

Hình 3.22. Mơ hình khơng gian trạng thái của một TCPAR với hai
bộ biến đổi.........................................................................................

92

Hình 3.23. Sơ đồ hệ thống điện dùng làm ví dụ................................

96

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

-5-

Luận văn tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành cơng nghiệp đã có những bước tiến
đáng kể. Chất lượng sản phẩm ngày càng được đặt ra như một điều kiện cốt
yếu cho sự tồn tại, phát triển và hội nhập của doanh nghiệp. Các tiêu chuẩn/
Quy phạm cũng được sốt xét lại theo xu hướng có kể đến độ tin cậy. Những
sản phẩm như các động cơ, máy, thiết bị q trình sản xuất cơ khí hố và tự
động hố, máy tính điện tử, người máy, các kết cấu cơng trình trên mặt đất và

trên biển, những phương tiện giao thông vận tải và viễn thông, thiết bị bay
trong không gian, các cơ quan nhân tạo thay thế các bộ phận của cơ thể con
người cũng như các vật phẩm tiêu dùng hàng ngày, đang đảm nhận những
nhiệm vụ chức năng ngày càng cao và đang đứng trước u cầu được hồn
thiện khơng ngừng đặc tính làm việc của chúng.
Những sản phẩm kỹ thuật đó thường bao gồm một số lớn phần tử điện
và cơ. Sự hư hỏng của phần tử nào đó khơng chỉ gây thiệt hại riêng cho một
dây chuyền sản xuất, mà có thể gây thiệt hại cho toàn ngành. Trong những
trường hợp nhất định, những sản phẩm thiếu tin cậy trực tiếp hoặc gián tiếp
gây tai hoạ cho tính mạng nhiều người, thậm chí đe doạ uy tín và sự an tồn
của một hay nhiều quốc gia
Việc thu thập xử lý thông tin chất lượng, xác định độ tin cậy của sản
phẩm trong giai đoạn thiết kế, đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy của chúng
trong giai đoạn khai thác, đề ra chiến lược bảo dưỡng và sửa chữa, quy mô
sản xuất chế tạo trong nước hay nhập ngoại các thiết bị, phụ tùng dự trữ thay
thế… nâng cao khả năng làm việc của sản phẩm kỹ thuật dưới những điều kiện
nhất định đang là những vấn đề cấp bách cần được giải quyết, nhằm nâng cao
năng suất, chất lượng và hiệu quả của nền sản xuất.
Đặc biệt, đối với ngành điện trên thế giới cũng như nước ta đang và sẽ
trải qua một quá trình cơ cấu tổ chức lại. Mục đích chính của sự thay đổi cơ
cấu lại này là làm thúc đẩy mạnh mẽ sự cạnh tranh, giảm giá thành và cải
thiện chất lượng phục vụ cho các khách hàng. Cấu trúc mới đặt ra yêu cầu
mới về độ tin cậy hệ thống. Độ tin cậy hệ thống điện theo xu hướng mới này
bao gồm hai thành phần cơ bản, tính đáp ứng và độ an tồn. Về mặt cấu trúc
thời gian, độ tin cậy hệ thống điện có thể chia thành độ tin cậy ngắn hạn hoặc
độ tin cậy dài hạn. Độ tin cậy ngắn hạn quan tâm nhiều hơn về vấn đề an toàn
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn


Luận văn tốt nghiệp

-6-

trong khi độ tin cậy dài hạn tập trung hơn vào vấn đề khả năng đáp ứng nhu
cầu về điện. Các phương pháp kỹ thuật bài luận văn này nhằm vào vài vấn đề
độ an toàn liên quan đến độ tin cậy ngắn hạn và vài vấn đề đáp ứng nhu cầu
cung cấp điện liên quan đến độ tin cậy dài hạn trong các hệ thống điện.
Với các nhận thức trên, tôi đã chọn đề tài: “Đánh giá độ tin cậy của hệ
thống điện” làm luận văn tốt nghiệp của mình.
Nội dung chính của đề tài được chia thành 3 chương:
Chương 1. Cơ sở lý thuyết về độ tin cậy
Chương 2. Các phương pháp phân tích độ tin cậy hệ thống điện
Chương 3. Đánh giá dài hạn độ tin cậy các hệ thống điện phức tạp
Cuối cùng là những kết luận và đề xuất.
Trong quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và q
trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tơi ln nhận được sự dạy bảo và giúp đỡ
nhiệt tình của các thày cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, Khoa điện và nhà
trường. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Văn Doanh vì những
định hướng và hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi cũng gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp ở Trung tâm
đào tạo bảo dưỡng công nghiệp thuộc Đại học Bách Khoa Hà Nội và Bộ môn
Hệ thống điện, Khoa điện, trường Đại học Công nghiệp Hà Nội vì sự ủng hộ,
giúp đỡ chân thành trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận
văn này.
Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tịi, nghiên cứu, song do kiến thức hạn chế
chắc chắn luận văn tốt nghiệp của tơi cịn nhiều thiếu sót, tơi rất mong nhận
được sự quan tâm chỉ bảo của các thày cô giáo.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 19 tháng 10 năm 2006
HỌC VIÊN

Nguyễn Quang Thuấn

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

-7-

Luận văn tốt nghiệp

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY
Để đánh giá độ tin cậy của bất cứ hệ thống thiết bị nào cũng cần xuất
phát từ các khái niệm cơ bản. Chương này sẽ nêu các khái niệm chung và các
chỉ tiêu thường dùng để đánh giá độ tin cậy.
1.1. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VÀ PHẦN TỬ
1.1.1. Hệ thống
Hệ thống là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc nhất định
nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong hoạt
động cũng như tiến tới sự phát triển [1].
1.1.2. Phần tử
Phần tử là những bộ phận cấu thành hệ thống mà trong một quá trình
nhất định, được xem như một tổng thể duy nhất không chia cắt được, đặc trưng
bởi các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài như môi
trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử. Bản thân
phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống.
Độ tin cậy của phần tử là yếu tố quyết định đến độ tin cậy của hệ thống.

Các khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống, do đó
nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất
cần thiết.
Phần tử có thể được chia thành hai loại: Phần tử không phục hồi và phần
tử phục hồi.
a. Phần tử không phục hồi:
Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đến lần hư hỏng đầu tiên. Thời
gian làm việc của phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng (còn gọi
là thời gian phục vụ T) là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử
là ngẫu nhiên không biết trước.
b. Phần tử phục hồi:
Phần tử phục hồi là phần tử làm việc đến hư hỏng, sau một thời gian sửa
chữa τ ≥ 0 lại hoạt động (làm việc) trở lại bình thường.
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

-8-

- Thời gian phục hồi τ = 0 (sửa chữa sự cố lý tưởng): Trong thực tế, đây là
các trường hợp phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví
dụ như máy biến áp). Phần tử được xem như luôn ở tạng thái tốt.
- Thời gian phục hồi τ > 0 (sửa chữa sự cố thực tế): Trong thực tế, đây là
trường hợp khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, sau thời gian làm việc
TLV, phần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng phải sửa chữa. Sau
thời gian sửa chữa xong τ, phần tử trở lại trạng thái làm việc (giả thiết phần
tử được phục hồi như mới).

Trong trường hợp này, phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng
thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng (hình 1.1).
Trạng thái
λ
TLV

TLV

TLV

H

LV

t
τ

μ

τ

Hình 1.1
LV: làm việc; H: hỏng

Đối với hệ thống điện các phần tử là máy phát điện, máy biến áp, đường
dây tải điện,… Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối
điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Điện năng phải được đảm bảo các tiêu
chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý. Hệ thống điện phải
được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất.
Đa số các phần tử của hệ thống điện là phần tử phục hồi.

Thực tế người ta quan tâm nhiều đến khoảng thời gian từ lúc bước vào
hoạt động đến lần hỏng đầu tiên của máy móc thiết bị hay chi tiết của chúng,
trong đó đa số là các sản phẩm có phục hồi. Vì vậy, khi xác định các chỉ tiêu
độ tin cậy, tính đến lần hỏng đầu tiên (phần tử có phục hồi), ta hiểu chúng
giống như các chỉ tiêu độ tin cậy của sản phẩm không phục hồi [1].
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

-9-

Luận văn tốt nghiệp

1.2. ĐỘ TIN CẬY VÀ ĐỘ SẴN SÀNG
2.2.1. Độ tin cậy (Realiability)
Độ tin cậy là xác suất để một hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành triệt để
nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian và trong điều kiện vận hành nhất
định.
Trong bảo dưỡng, độ tin cậy có thể hiểu chính là số lần hư hỏng trong
một khoảng thời gian.
Ví dụ: Thiết bị A trong 1 năm có 1 lần hư hỏng, cịn thiết bị B trong 1 năm có
5 lần hư hỏng → Thiết bị A có độ tin cậy cao hơn thiết bị B.
1.2.2. Độ sẵn sàng (Availability)
Đối với phần tử phục hồi như các phần tử hệ thống thiết bị điện, khái
niệm khoảng thời gian xác định khơng có ý nghĩa bắt buộc. Vì hệ thống làm
việc liên tục, do đó độ tin cậy được đo bởi một đại lượng thích hợp hơn, đó là
độ sẵn sàng. Độ sẵn sàng A là xác suất để hệ thống (hay phần tử) hoàn thành
hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ trừ những giai đoạn
không làm việc đã được định trước:


A
Ở đây:

MTBF
MTBF  MDT

(1.1)

 MTBF (Mean Time Between Failure) là thời gian trung bình giữa 2 lần
hỏng;
 MDT (Mean Dead Time): Thời gian ngừng hoạt động trung bình trong 1
lần hỏng. Trong một số trường hợp dùng thời gian sửa chữa trung bình
MTTR (Mean Time To Repair).
Độ tin cậy cho ta biết thiết bị sẽ hư hỏng bao nhiêu lần trong một
khoảng thời gian, nhưng nếu chỉ xét đến độ tin cậy thì chưa đủ vì một thiết bị
có độ tin cậy kém hơn thiết bị khác nhưng chưa chắc thiết bị có độ tin cậy thấp
hơn đã ”tồi hơn”.
Vẫn với ví dụ trên, thiết bị A trong 1 năm có 1 lần hư hỏng nhưng phải
sửa chữa khơi phục mất 1 tuần, còn thiết bị B trong 1 năm có 5 lần hư hỏng
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

- 10 -

Luận văn tốt nghiệp

nhưng mỗi hư hỏng chỉ khắc phục trong 1 giờ (tổng thời gian khắc phục hư

hỏng là 5 giờ). Độ tin cậy thiết bị A cao hơn thiết bị B, nhưng tác hại của việc
hư hỏng (xét về khía cạnh ảnh hưởng đình trệ sản xuất) của thiết bị A cao hơn,
vì thiết bị A sẽ gây đình trệ 1 tuần/năm cịn thiết bị B mặc dù xảy ra hư hỏng
nhiều trong năm xong chỉ gây đình trệ 5 giờ. Như vậy độ sẵn sàng của thiết bị
B cao hơn thiết bị A.
1.3. NHỮNG CHỈ TIÊU ĐẶC TRƯNG CHO Q TRÌNH HỎNG HĨC
Vì hư hỏng là một sự kiện ngẫu nhiên, xảy ra ở các thời điểm ngẫu
nhiên, nên các chỉ tiêu độ tin cậy cũng cho dưới dạng xác suất.
1.3.1. Xác suất làm việc tin cậy
Là xác suất không xảy ra hỏng hóc trong giới hạn thời gian làm việc đã
cho. Xác suất này có thể tính được cho khoảng thời gian (0, t) bất kỳ theo công
thức:
P(0, t) = P(T ≥ t) = R(t)

(1.2)

Trong đó: T - đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho khoảng thời gian từ khi bắt
đầu làm việc đến lần hỏng đầu tiên (gọi là thời gian làm việc tin cậy).
Xác suất làm việc tin cậy R(t) là một trong những đặc trưng định lượng
quan trọng của sản phẩm, R(t) còn được gọi là hàm tin cậy.
1.3.2. Xác suất hỏng hóc
Đối lập với xác suất làm việc tin cậy là xác suất hỏng hóc.
Xác suất hỏng hóc của sản phẩm là xác suất của sự kiện đối lập (T < t)
được xác định theo công thức:
Q(t) = P(T < t) = 1 – R(t)

(1.3)

Như vậy Q(t) là hàm xác suất hỏng hóc hay hàm phân phối tuổi thọ.
1.3.3. Mật độ xác suất của thời gian làm việc tin cậy

Hàm Q(t) liên tục và tồn tại đạo hàm:

f(t) 

dQ(t)
dR(t)

 Q' (t)  - R' (t)
dt
dt

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện

(1.4)


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

- 11 -

f(t) gọi là hàm mật độ xác suất của thời gian làm việc tin cậy.
Hàm f(t) có thuộc tính:



f(t)  0 và  f (t )dt  1
0


1.3.4. Hàm tốc độ hỏng hóc
Ngồi các hàm xác suất định nghĩa trước đây, một hàm khác, gọi là hàm
tốc độ hỏng hóc hay cường độ hỏng hóc thường được sử dụng trong độ tin cậy.
Ta xét bài tốn: Giả sử hệ thống làm việc khơng hỏng tới thời điểm t,
hãy tìm xác suất khơng hỏng trong khoảng Δt tiếp theo.
Ký hiệu R(t, t + Δt) là xác suất cần tìm. Gọi sự kiện khơng hỏng trước
thời điểm t là A và sự kiện không hỏng trong khoảng Δt tiếp theo là B, khi đó
xác suất tìm là xác suất có điều kiện:
 A  P A  B  R(t  t )
Rt , t  t  P  

P  A
R(t )
B

(1.5)

Còn xác suất hỏng hóc trong khoảng Δt là:
Qt , t  t 1  Rt , t  t 

Đặt:  (t )  lim
t 0

R(t )  R(t  t )
R(t )

 [ R(t  t )  R(t )] 1
 dR(t ) 1
f (t )



t
R(t )
dt R(t ) R(t )

(1.6)

Khi đó (t) được gọi là hàm tốc độ hỏng hóc hay cường độ hỏng hóc tại
thời điểm t của hệ thống.
Đặc trưng của hàm tốc độ hỏng hóc có thể là gia tăng, suy giảm và
khơng đổi có hình dạng giống một bồn tắm nên người ta gọi là đường cong
hình bồn tắm (hình 1.2a). Có thể chia đường cong này làm ba giai đoạn [1]:
 Giai đoạn I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc, hỏng hóc hay xảy ra
do ngun nhân cơng nghệ chế tạo và lắp ráp, sau đó λ(t) giản dần (thời
kỳ chạy roda).
 Giai đoạn II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: λ(t) ≈ const.
 Giai đoạn III: Thời kỳ già cỗi, λ(t) tăng dần.

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

- 12 -

λ(t)

λ(t)


λtb
I

III

II

t

t
b) Thời điểm bảo
dưỡng định kỳ

a)

Hình 1.2. Đường cong tốc độ hỏng hóc

Đối với các phần tử phục hồi như ở hệ thống điện, các phần tử này có
các bộ phận ln bị già hố, do đó λ(t) ln là hàm tăng. Do đó, người ta phải
áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ để phục hồi độ tin cậy của phần tử. Sau
khi bảo dưỡng định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở lại giá trị ban đầu (hình
1.2b). Bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá
trị trung bình λtb.
Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như
λ(t) là hằng số và bằng λtb để tính tốn độ tin cậy.
1.3.5. Thời gian trung bình tới khi hỏng (Mean Time To Failure - MTTF)
Thời gian trung bình tới khi hỏng (MTTF) được xác định theo [5]:



MTTF  E (T )   tf (t )dt

(1.7)

0

đó là giá trị bình quân hoặc dự kiến của phân bố xác suất do hàm f(t) xác định.
Theo (1.4): f(t) 

dQ(t)
dR(t)

, do đó (1.7) có thể viết thành:
dt
dt



dR(t )
MTTF   
tdt   R(t )dt
dt
0
0

(1.8)

Như vậy thời gian trung bình tới khi hỏng có giá trị bằng diện tích hình
dưới đường cong R(t).
Biểu thức (1.8) thường dễ áp dụng hơn so với (1.7).

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

- 13 -

1.3.6. Quan hệ giữa các hàm
Từ các hàm trình bày riêng rẽ ở trên, ta có thể biểu diễn các quan hệ
giữa các hàm ở các mục dưới đây.
a. Quan hệ của R(t) và Q(t) theo f(t):
Nếu đã cho hàm f(t) thì từ biểu thức (1.4), ta có thể biểu diễn R(t) và
t

Q(t) theo f(t) bởi các biểu thức: Q(t )   f ( x)dx

(1.9)

0



R(t )   f ( x)dx

và

(1.10)


t

Như vậy, vì vùng phía dưới của tồn bộ đường đồ thị bằng 1 nên cả độ
tin cậy và xác suất hỏng hóc đều được xác định sao cho:
0  R(t) 1

0  Q(t) 1

Hàm R(t) thường được sử dụng khi các độ tin cậy đang cần được tính
tốn cịn hàm Q(t) thường được sử dụng khi các xác suất hỏng cần được tính
tốn. Đồ thị biến thiên theo thời gian của hàm R(t) và Q(t) được trình bày trên
hình 1.3.
R Q
1
Q(t)

R(t)

t

0

Hình 1.3. Đồ thị hàm R(t) và Q(t)

b. Quan hệ giữa λ(t) và R(t):
Mối quan hệ này tìm được từ biểu thức (1.4) và (1.6):
 (t ) 

f (t )


R(t )

f (t )


 f ( x)dx
t

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện

(1.11)


Nguyễn Quang Thuấn

- 14 -

Luận văn tốt nghiệp

Giải phương trình vi phân (1.6):  (t ) 

 dR(t ) 1
ta được:
dt R(t )

 t

R(t )  exp    ( x)dx
 0



(1.12)

Từ đây ta cũng rút ra được xác suất khơng hỏng hóc trong một khoảng
thời gian làm việc bất kỳ (t1, t2):
 t2

R(t1 , t 2 )  exp    (t )dt 
 t1


(1.13)

Các biểu thức quan hệ giữa các hàm f(t), Q(t), R(t), λ(t) và MTTF được
tóm tắt trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Biểu thức quan hệ giữa các hàm f(t), Q(t), R(t), λ(t) và MTTF
Q(t)

f(t)

λ(t)

 f ( x)dx

 t

1 exp    ( x)dx
 0



R(t)
t

Q(t)

-

1 - R(t)

0

 t

exp    ( x)dx
 0




1 – Q(t)

R(t)

-



f ( x) dx

t


f(t)

Q’(t)

- R’(t)

λ(t)

Q ' (t )
1  Q (t )

d ln R (t )

dt

-

 t

 (t ) exp    ( x)dx
 0


f (t )


 f ( x)dx

-


t

MTTF







0

0

0

 1  Q(t )dt

 R (t )dt

 tf (t )dt

-

1.4. BẢO DƯỠNG VÀ KHẢ NĂNG BẢO DƯỠNG [2]
1.4.1. Định nghĩa
 Bảo dưỡng là tập hợp các hoạt động nhằm duy trì hoặc phục hồi một tài sản
trong tình trạng được định sẵn hoặc có khả năng đảm bảo một nhiệm vụ xác
định.

 Khả năng bảo dưỡng là xác suất để một thiết bị, phần tử đang hỏng có thể
phục hồi trở về trạng thái hoạt động được mặc định.
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

- 15 -

1.4.2. Phân loại các hình thức bảo dưỡng
Các hình thức bảo dưỡng có thể tổng hợp như trên sơ đồ hình 1.4.

BẢO DƯỠNG

SỬA CHỮA

DỰ PHỊNG

CƠ HỘI

Hệ thống sự cố,
sản xuất đình trệ

Sản xuất được đảm bảo

Phát hiện
hư hỏng


Sửa chữa

Hệ thống hố

Có điều kiện

HT đưa vào
hoạt động
tạm thời

Bộ phận có
liên quan đưa
về hoạt động

Kế hoạch hố
bảo dưỡng

Tín hiệu báo:
dao động,
nhiệt độ,…

Thời gian can thiệp là thời gian
ngừng sản xuất

Thời gian can thiệp chủ động

Hình 1.4. Phân loại các hình thức bảo dưỡng
a. Bảo dưỡng sửa chữa (Corrective maintenance):
Là hình thức bảo dưỡng phục hồi trạng thái hoạt động của thiết bị khi hư
hỏng xảy ra.

Bảo dưỡng sửa chữa mang nặng tính đối phó với tình huống và đồng
nghĩa với việc ngừng sản xuất vì sự can thiệp được thực hiện sau khi hư hỏng
đã xảy ra.
b. Bảo dưỡng dự phòng (Preventive maintenance):
 Bảo dưỡng theo một kế hoạch định trước (tính tốn), mang tính chu kỳ
nhằm giảm xác suất hỏng hóc của thiết bị.
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

- 16 -

Luận văn tốt nghiệp

 Bảo dưỡng chẩn đốn (Inspection maintenance): Sử dụng các cơng cụ đo
lường, các thiết bị hỗ trợ giúp chẩn đốn tình trạng của thiết bị nhằm dự
báo sớm các hỏng hóc. Đây là bảo dưỡng rất khoa học vì nó cho phép quyết
định được việc thay đổi chi tiết tuỳ thuộc vào mức độ biểu hiện trong quá
trình vận hành. Tuy nhiên, bảo dưỡng này chỉ phù hợp với các thiết bị có
độ mịn xảy ra dần dần và phải đo đạc được. Đôi khi, việc kiểm tra này
được thực hiện rất đơn giản, thậm chí có thể chỉ cần bằng mắt thường (ví
dụ lốp xe, má phanh,...) nhưng với các chi tiết bên trong máy móc, thiết bị
đang vận hành khơng thể dừng tuỳ tiện, phải dùng các thiết bị đo lường
phức tạp, đắt tiền và đòi hỏi người dùng phải được đào tạo.
d. Bảo dưỡng cơ hội (Opportunistic maintenance):
Khi bảo dưỡng các thiết bị quan trọng, có thể coi đó là một ”cơ hội” để
bảo dưỡng các thiết bị khác kém quan trọng hơn.
1.5. CÁC LUẬT PHÂN BỐ HAY GẶP TRONG ĐỘ TIN CẬY
Người ta đã chứng minh được rằng, sự hư hỏng của thiết bị, phần tử chỉ

tuân theo một số hàm phân bố xác suất nhất định, vì vậy việc nghiên cứu các
hàm đó cùng với các thơng số cơ bản của nó có ý nghĩa rất quan trọng.
Dưới đây, sẽ đề cập đến một số hàm phân bố xác suất hay gặp trong
nghiên cứu độ tin cậy hệ thống kỹ thuật và hệ thống điện [8].
1.5.1. Phân bố nhị phân (Binomial Distribution)
Coi như có một thử nghiệm ngẫu nhiên chỉ có thể cho 2 kết quả (giống
như thử nghiệm Bernoulli). Chúng ta chỉ ra một kết quả là “thành công - tốt”
và một kết quả khác là “thất bại - hỏng hóc”. Xác suất tốt được biểu diễn là p
và xác suất hỏng hóc là q, cho nên p + q = 1.
Một cuộc thử nghiệm là một chuỗi của n các phép thử Bernoulli, cùng
kết quả của mỗi thử nghiệm độc lập từ các kết quả của tất cả các thử nghiệm
khác trước nó.
Biểu hiện của biến ngẫu nhiên X là tổng số của kết quả thành cơng của n
phép thử, ở đó r thường biểu thị giá trị mà phép biến ngẫu nhiên có thể mang
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

- 17 -

Luận văn tốt nghiệp

lại, và vì thế số lần sự cố là n - r. Từ đó r phải là phủ định của phủ định, khơng
gian mẫu S ={0, 1, 2, …, n}.
Hàm phân bố xác suất cho biến ngẫu nhiên X:

QX r  Q[ X  r , n, p] 

n!

p r (1  p)( nr )
r!(n  r )!

(1.14)

1.5.2. Phân bố Poisson (Poisson Distribution)
Quan tâm đến một sự kiện X biến thiên ngẫu nhiên được mô tả bởi luật
phân bố nhị phân, ở chỗ nào, trước đó n là số lần thử nghiệm và p là xác suất
thành công (không hỏng). Nhưng bây giờ chúng ta hãy quan tâm đến sự kiện
đặc biệt, số các phép thử n tiếp cận vô cùng trong khi một thời điểm t nào đó,
phép thử này có kết quả n*p là khơng đổi.
Thêm vào đó, để  trở thành số trung bình của sự thành cơng cho đơn vị
thời gian. Thì chúng ta thấy rằng n*p = t.
Chú ý rằng p = t/n, từ (1.14) ta có:
QX r

n!
n!  t 
 Q[ X  r , n, p] 
p r (1  p) ( nr ) 
 
r!(n  r )!
r!(n  r )! n 

r

 t 
1  
n



( nr )

(1.15)

Sau khi đơn giản hố, ta có:

n r   t    t (  t ) r  t
 Q[ X  r , n, p]    e 
e
r!  n 
r!
r

QX r

(1.6)

Thơng số  gọi là cường độ hỏng hóc của các sự kiện Poisson.
Nếu biến ngẫu nhiên X miêu tả số lần các sự cố thì  là cường độ hỏng hóc.
Khi đó đơn vị đo của  là số lần hỏng hóc trên đơn vị thời gian. Nó có
nghĩa số lần hỏng hóc được mong chờ trên đơn vị thời gian.
Luật phân bố Poisson là một xấp xỉ tới luật phân bố nhị phân với điều
kiện n lớn và np khơng đổi.
Nó định rõ kết quả một q trình xuyên suốt thời gian trong cái chúng ta
đếm được các sự kiện xảy ra của một kiểu xảy ra nào đó của sự kiện ngẫu
nhiên.
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện



Nguyễn Quang Thuấn

- 18 -

Luận văn tốt nghiệp

Chúng ta sẽ biết biểu hiện của luật phân bố Poisson như là một hàm của
thời gian, Q(t) là “xác suất mà biến ngẫu nhiên X bằng r trong khoảng thời
gian (0, t)”.
Một chuỗi Poisson nào đó xử lý tính tốn phải thoả mãn theo các điều kiện
tất yếu sau:


Các số đo của các sự kiện đã được tính tốn trong các phép thử không được
trùng nhau của thời gian là độc lập.



Cường độ hỏng hóc  là hằng số.
Xác suất của sự kiện khơng có hỏng hóc trong khoảng thời gian (0, t), được

biểu thị bởi P0(t):

P0 (t )  e  t

(1.17)

Phương trình (1.17) cung cấp sự kiện xác suất khơng có hỏng hóc trong
khoảng thời gian (0, t) và 1- P0(t) cung cấp xác suất sự kiện có nhiều hơn 1
hỏng hóc trong khoảng thời gian (0, t).

Nhưng nếu ta muốn xác suất có hỏng hóc r trong khoảng thời gian (0, t),
đó chính là Qr(t).

Q1 (t )  tet

(1.18)

(t ) r t
Qr (t ) 
e
r!

(1.19)

Trong đó, cần chú ý rằng: e-x = 1 – x + x2/2! - x3/3! + …, khi x rất nhỏ
thì e-x  1 – x. Như vậy, khi t rất nhỏ (bởi vì  rất nhỏ hoặc t rất nhỏ, hoặc cả
hai), thì: e-t  1 – t, và do đó (1.19) trở thành:

(t ) r
Qr (t ) 
(1  t )
r!

(1.20)

Như vậy, với r = 0 chúng ta có:

P0 (t )  1  t
Từ đây chúng ta thấy rằng xác suất có 1 hoặc nhiều hơn một sự cố trong
thời gian (0, t) là:

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

- 19 -

Luận văn tốt nghiệp

Qr 0 (t )  1  P0 (t )  1  (1  t )  t

(1.21)

Từ (1.20), trường hợp r = 1 là:

Q1 (t )  t (1  t )  t  (t )2  t

(1.22)

So sánh (1.21) với (1.22) cho thấy rằng:

Qr 0 (t )  Q1 (t )
Hàm ý rằng, khi t nhỏ, xác suất của sự kiện có nhiều hơn một sự cố
trong (0, t) giống như xác suất chính xác một sự cố trong (0, t). Vậy ta có thể
kết luận: khi t nhỏ, xác suất có hai hay nhiều sự cố trong (0, t) bằng 0.
1.5.3. Phân bố hàm mũ (Exponential Distribution)
Việc sử dụng phân bố Poisson cho đặc điểm phân bố xác suất của một
biến ngẫu nhiên X(t) miêu tả số lần hỏng hóc trong khoảng thời gian (0, t).
Biểu thị T1 là thời gian của hỏng hóc thứ nhất; T2 là thời gian giữa hỏng
hóc thứ nhất và thứ hai, …, Tn là thời gian giữa hỏng hóc thứ n-1 và n. Ví dụ:

Nếu T1 = 3 năm, T2 = 4 năm thì sự kiện thứ nhất hỏng hóc ở năm thứ 3 và sự
kiện thứ hai là 7 năm. Cái gì là phân bố của một Ti nào đó (i = 1,…,n)?
Ta có sự kiện {T1> t} xảy ra nếu và chỉ nếu khơng có sự kiện nào của xử
lý Poisson xảy ra trong khoảng thời gian (0, t), thì:

Qr (T1  t )  P0 (t )  et

(1.23)

Công thức (1.23) chỉ ra xác suất của sự kiện không xảy ra trong thời gian (0, t).
Như vậy, xác suất mà sự kiện xảy ra trong thời gian (0, t) là:

Qr (T1  t )  1  e t

(1.24)

Công thức (1.24) chính là một hàm phân bố tích luỹ (cumulative
distribution function). Khi đó hàm phân bố mật độ xác suất (probability
density function), biểu thị bởi fT(t), là đạo hàm của nó:

f T (t )  e t

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện

(1.25)


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp


- 20 -

Công thức (1.25) là hàm phân bố mật độ xác suất cho thấy một biến
ngẫu nhiên được phân bố theo hàm mũ, biểu đồ của nó được minh hoạ trên
hình 1.5.
Exponential density function
0.6

density

0.5
0.4
0.3

Series1

0.2
0.1

20

18

16

14

12


10

8

6

4

2

0

0
time

Hình 1.5. Hàm mật độ mũ với  = 1

1.5.4. Phân bố Weibull (Weibull Distribution)
Luật phân bố Weibul là phân bố liên tục được sử dụng cho độ mỏi và độ
bền của các vật liệu và cho hư hỏng khác phân bố theo thời gian. Một biến
ngẫu nhiên T nào đó được mơ tả bởi luật phân bố Weibul nếu nó tuân theo
hàm mật độ xác suất:
  t B 1
  t  
  exp    , t ,  ,   0
 
    

f T (t )  


0, otherwise
Cho các trường hợp khác



(1.26)

: tham số hình dạng
: tham số kích thước
Hàm mật độ xác suất Weibull có thể đảm nhiệm nhiều loại hình dạng
khác nhau; nó là cơ sở đánh giá rất hữu ích và chỉ rõ đặc điểm cho nhiều kiểu
dữ liệu. Hình 1.6 là phân bố Weibull với  = 10 và  bằng 0,5; 1 và 4.
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

- 21 -

density

Weibull Distribution for alpha=10
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06

0.04
0.02
0

Beta=0.5
Beta=1
Beta=4

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

Time


Hình 1.6. Phân bố Weibull với  = 10 và  = 0,5; 1 và 4

1.5.5. Phân bố Rayleigh (Rayleigh distribution)
Phân bố Rayleigh là trường hợp của phân bố Weibull ở đó  = 2.
1.5.6. Phân bố chuẩn (Normal Distribution)
Một biến ngẫu nhiên t được gọi là tuân theo hàm phân bố chuẩn với các
tham số  và 2 nếu hàm mật độ xác suất của nó có dạng:
  (t   ) 2 
, -   t  ,-    ,   0
f T (t ) 
exp  
2
 2

  2
1

(1.27)

1.5.7. Phân bố chuẩn logarít (Lognormal Distribution)
Hàm mật độ xác suất phân bố chuẩn logarít cho bởi:
  (ln t   ) 2 
, 0  t  ,-    ,   0
f T (t ) 
exp  
2
t 2

  2
1


(1.28)

Phân bố này là một biến đổi hàm mũ của phân bố chuẩn. Nếu tuổi thọ có
luật phân bố chuẩn logarít thì logarít của tuổi thọ có phân bố chuẩn.
Chú ý rằng: các thơng số µ và σ2 của phân bố chuẩn logarít có nghĩa
khác của phân bố tuổi thọ logarít.
Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

- 22 -

Một thuộc tính quan trọng của phân bố logarít chuẩn là nó cho phép biến
ngẫu nhiên chỉ áp dụng cho các đại lượng dương, một thuộc tính quan trọng
trong mơ hình các phân bố tuổi thọ.
1.5.8. Phân bố Gamma (Gamma distribution)
Phân bố Gamma có hàm mật độ xác suất cho bởi:
f (t ) 

 (t ) 1 e t
,
( )

t0

(1.29)




( )   x 1e  x dx

(1.30)

0

α là thơng số hình dạng: 0< α <1 cho tốc độ may rủi giảm và α >1 cho
tốc độ tăng. Trường hợp α = 1 đây chính là phân bố hàm mũ.

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện