Bài tập lớn thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy luyện kim đen

Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình...6 1.3.. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHONHÀ MÁY LUYỆN KIM ĐEN • knc: hệ số nhu cầu của thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN

Thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy

Luyện kim đen

Vũ Minh Hiếu

Hieu.vm202382@sis.hust.edu.vn

Ngành Tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tuyên

Bộ môn: Hệ thống cung cấp điện (BTL)

Chữ ký của GVHD

Lời cảm ơn

Để hoàn thành bài tập lớn môn Hệ thống cung cấp điện , em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đức Tuyên đã hỗ trợ , giải đáp những thắc mắc , hướng dẫn thông qua các bài giảng của thầy , giúp cho em có thêm những kiến thức thực tế để vận dụng trong bài tập lớn.

Hà Nội, ngày tháng năm 20… …

Sinh viên thực hiện …

Mục lục

CHƯƠNG I Giới thiệu Chung 1

1 Khái quát về ngành luyện kim đen 1

2 Các phân xưởng có trong nhà máy 1

3 Các thiết bị trong phân xưởng SCCK 2

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY LUYỆN KIM ĐEN 6

1 Các phương pháp tính toán 6

1.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất và hệ số như cầu 6

1.2 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình 6

1.3 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch pha của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình 7

1.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất trung bình P tb 7

1.5 Xác định phụ tải tính toán theo suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm 8

1.6 Xác định phụ tải tính toán theo suất trang bị điện tử cho một đơn vị sản phẩm 8

2 Xác định phụ tải tính toán của PX SCCK 9

2.1 Lựa chọn phương pháp và phân nhóm phụ tải 9

2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán phụ tải 9

2.1.2 Phân nhóm phụ tải 9

2.2 Xác định phụ tải các nhóm của PX SCCK 11

2.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của PX SCCK 13

2.4 Xác định phụ tải toàn xưởng SCCK 13

3 Xác định phụ tải tính toán các phân xưởng còn lại 14

4 Phụ tải tính toán toàn nhà máy 15

5 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải 16

5.1 Tâm phụ tải điện 16

5.2 Biểu đồ phụ tải 16

Chương III THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP NHÀ MÁY 18

1 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy 18

2 Đề xuất phương án thiết kế mạng cao áp cho nhà máy 19

2.1 Phương án dùng TBA trung gian 19

2.2 Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm 21

3 Chọn sơ bộ các thiết bị 23

3.1 Chọn công suất MBA 23

3.1.1 Phương án 1 23

3.1.2 Phương án 2 24

3.1.3 Phương án 3 25

3.1.4 Phương án 4 26

3.2 Chọn tiết diện dây dẫn 26

3.2.1 Chọn tiết diện trung áp 26

3.2.2 Chọn tiết diện hạ áp 28

3.3 Chọn máy cắt cao áp 29

4 Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án thiết kế 30

4.1 Tính tổn thất điện năng trên mỗi đoạn đường dây 30

4.2 Tính toán tổn thất của các TBA 32

4.3 Tính toán tổng chi phí 34

5 Tính toán chi tiết phương án đã chọn 37

5.1 Chọn dây dẫn từ TBA trung gian về TPPTT 37

5.2 Lựa chọn sơ đồ trạm PPTT và các trạm BAPX 38

5.3 Tính toán ngắn mạch 38

5.4 Kiểm tra các thiết bị điện đã được sơ bộ chọn ở phần so sánh kinh tế - kỹ thuật 41

5.5 Lựa chọn các thiết bị phân phối điện khác 42

5.5.1 Tại trạm trung tâm 42

5.5.2 Tại trạm biến áp phân xưởng 43

CHƯƠNG IV Thiết kế mạng hạ áp cho PX SCCK 47

1 Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối 47

1.1 Lựa chọn aptomat 47

1.2 Chọn cáp từ TBA A5 về tủ phân phối tổng 48

1.3 Chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực 49

1.4 Chọn thanh góp cho các tủ phân phối và tủ động lực 50

1.5 Tính toán ngắn mạch lưới hạ áp 51

2 Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân xưởng 55

Tài liệu tham khảo 59

Danh sách bảng

Bảng 1 Phân nhóm thiết bị 10

Bảng 2 Phụ tải tính toán PX SCCK 12

Bảng 3 Phụ tải tính toán các phân xưởng 15

Bảng 4 Kết quả xác định Ri và αcs các phân xưởng 17

Bảng 5 Khoảng cách từ các trạm đến các phân xưởng 22

Bảng 6 Kết quả chọn MBA phương án 1 24

Bảng 7 Kết quả chọn MBA phương án 2 25

Bảng 8 Lựa chọn tiết diện trung áp và hạ áp PA1 28

Bảng 9 Lựa chọn tiết diện trung áp và hạ áp PA2 29

Bảng 10 Lựa chọn tiết diện trung áp và hạ áp PA3 29

Bảng 11 Lựa chọn tiết diện trung áp và hạ áp PA4 29

Bảng 12 Lựa chọn máy cắt cao áp cho nhà máy 30

Bảng 13 Tổn thất điện năng dây PA1 31

Bảng 14 Tổn thất điện năng dây PA2 31

Bảng 15 Tổn thất điện năng dây PA3 32

Bảng 16 Tổn thất điện năng dây PA4 32

Bảng 17 Tổn thất điện năng các TBA của PA1 33

Bảng 18 Tổn thất điện năng các TBA của PA2 33

Bảng 19 Tổn thất điện năng các TBA của PA3 34

Bảng 20 Tổn thất điện năng các TBA của PA4 34

Bảng 21 Chi phí đầu tư xây dựng mạng điện 35

Bảng 22 Tổng kết chi phí 36

Bảng 23 Lựa chọn máy cắt cao áp cho các TBA 38

Bảng 24 Thông số đường dây và cáp 40

Bảng 25 Tính toán ngắn mạch 40

Bảng 26 Lựa chọn biến dòng BI 42

Bảng 27 Lựa chọn biến áp BU 43

Bảng 28 Lựa chọn van chống sét 43

Bảng 29 Lựa chọn cầu chì 44

Bảng 30 Lựa chọn cầu dao cao áp 45

Bảng 31 Chọn aptoma 45

Bảng 32 Chọn aptomat cho PX SCCK 48

Bảng 33 Chọn cáp cho tủ phân phối-tủ động lực 50

Bảng 34.Chọn thanh góp cho TPP-TĐL 51

Bảng 35.Bảng tổng hợp thiết bị PX SCCK 56

Danh sách hình vẽ

Hình 1 Biểu đồ phụ tải nhà máy luyện kim đen 18

Hình 2 Phương án thiết kế 1 20

Hình 3 Phương án thiết kế 2 20

Hình 4 Phương án thiết kế 3 21

Hình 5 Phương án thiết kế 4 22

Hình 6 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho nhà máy 46

Hình 7.Sơ đồ aptomat trong PX SCCK 47

Hình 8 Sơ đồ nguyên lý đi dây TBA A5 - TPP - TĐL 52

Hình 9 Sơ đồ thay thế đi dây TBA A5 - TPP - TĐL 52

Hình 10 Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp 57

Hình 11.Sơ đồ mặt bằng và đi dây PX SCCK 58

CHƯƠNG I Giới thiệu Chung

1 Khái quát về ngành luyện kim đen

- Ngành luyện kim là một ngành kỹ thuật chuyên về sản xuất và chế tạo các vật liệu kim loại và hợp kim Việc sản xuất và chế tạo các kim loại và hợp kim này được thực hiện bằng cách nung chảy các nguyên liệu thô như quặng, than hoặc đồng thời với các nguyên liệu phụ gia khác, sau đó đưa chúng qua các quá trình luyện tinh để loại bỏ các tạp chất

và tạo ra sản phẩm cuối cùng.

- Ngành luyện kim được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, máy móc, ang không vũ trụ, điện tử và nhiều ngành công nghiệp khác Nó cũng là một + phần quan trọng trong ngành xây dựng, sản xuất các sản phẩm gia dụng và nhiều sản phẩm khác

2 Các phân xưởng có trong nhà máy

3 Các thiết bị trong phân xưởng SCCK

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO

NHÀ MÁY LUYỆN KIM ĐEN

• knc: hệ số nhu cầu của thiết bị (tra sổ tay )

• Pd: công suất đặt của thiết bị hoặc của nhóm thiết bị, trong đó tính toán

có thể xem như gần đúng Pd = Pdm (kW)

1.3 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ

thị phụ tải và công suất trung bình

Ptt = khd Ptb

Trong đó:

• khd: hệ số hình dáng của phụ tải (tra sổ tay)

• Ptb: công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị:

1.4 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và

độ lệch pha của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Ptt = Ptb ± βTrong đó:

• Ptb: công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW)

• ∑ σ : độ lệch pha của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

• β: hệ số tán xạ củaσ

1.5 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax và

công suất trung bình Ptb

(còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả nhq)

Ptt = kmax Ptb = kmax ksd PdđTrong đó:

• Ptb: công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW)

• Pdđ: công suất danh định của một hoặc nhóm thiết bị (kW)

• ksd: hệ số sử dụng của một nhóm hoặc một nhóm thiết bị

• kmax: hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ:

kmax = f(nhq,ksd)

• nhq: số thiết bị dùng điện hiệu quả

1.6 Xác định phụ tải tính toán theo suất chi phí điện năng

cho một đơn vị sản phẩm

Ptb = (ao M) / TmaxTrong đó:

• ao: công suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm

(kWh/đvsp)

• M: số sản phẩm sản xuất ra trong năm

• Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

1.7 Xác định phụ tải tính toán theo suất trang bị điện tử cho

một đơn vị sản phẩm

Ptt = po STrong đó:

• po: công suất trang bị điện cho một đơn vị diện tích (W/m2)

• S: diện tích đặt thiết bị (m2)

2 Xác định phụ tải tính toán của PX SCCK

2.1 Lựa chọn phương pháp và phân nhóm phụ tải

2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán phụ tải

Phân xưởng sữa chữa cơ khí là phân xưởng số 7 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy Trong đó có 70 thiết bị, công suất các thiết bị khác nhau: công suất lớn nhất là 32kW, công suất nhỏ nhất là 1kW Phần lớn các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn, chỉ có máy biến áp hàn có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Những đặc điểm này cần được quan tâm khi phân nhóm phụ tải, xác định phụ tải tính toán và lựa chọn phương án thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng

Ta sẽ áp dụng phương pháp 1.4 (Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cựcđại Kmax và công suất trung bình Ptb) để xét phụ tải tính toán

2.1.2 Phân nhóm phụ tải

- Phân nhóm:

Trong mỗi phân xưởng thường có nhiều thết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau Muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm thiết bị cần tuân theo nguyên tắc sau:

• Các thiết bị trong cùng nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây

hạ áp và nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đườngdây hạ áp trong phân xưởng

• Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng nhóm nên giống nhau để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

• Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tử động lực cần dùng cho phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trongmột nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ dộng lực thường nhỏ hơn 12

- Tuy nhiên thường thì khó thỏa mãn cùng một lúc 3 nguyên tắc trên, do vậy cần chọn chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất

Nhóm 1

Bảng 1 Phân nhóm thiết bị

2.2 Xác định phụ tải các nhóm của PX SCCK

- Với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta dùng phương pháp xác định phụ tải tính

toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Các giá trị ksd, cosφ , và kmax tra trong sổ tay

- Ta tra “phụ lục I.1 trang 253, THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN, Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà nội – 1998”

Chọn ksd = 0,2 ; cosφ = 0,6 ( max trong khoảng)

- Tính toán nhq theo công thức sau :

- Tra “phụ lục I.6 trang 256, THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN, của Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà nội – 1998” ta xác định kmax:

- Tính toán các phụ tải:

Q tt=P tt ⋅tanφφ,

S tt=√P tt2

+Q tt2,

STT Tên thiết bị

Nhóm 1

Bảng 2 Phụ tải tính toán PX SCCK

2.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của PX SCCK

- Phụ tải chiếu sang của phân xưởng sữa chữa cơ khí xác định theo phương

pháp suất chiếu sang trên một đơn vị diện tích:

Pcs = po S Tra sổ tay “phụ lục I.2 trang 253, THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN, Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà nội – 1998” chọn po = 16 (W/m2)

- Diện tích PX SCCK được tính bằng Autocad*tỉ lệ (làm tròn chẵn)

- Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng:

- Từ bảng phân nhóm phụ tải ta có được Pđặt từng PX , Diện tích các PX được tính bằng Autocad*tỉ lệ (làm tròn chẵn)

- Tra sổ tay “phụ lục I.3 trang 254, THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN, Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà nội – 1998” ,ta lấy được knc và cosφ từng phân xưởng

- Tra sổ tay “phụ lục I.2 trang 253, THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN, Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà nội – 1998” chọn po từng PX

- Công suất tính toán động lực:

Pđl = knc Pđ

Qđl = Pđl tanφ

- Công suất chiếu sáng :

Pcs = po S

Qcs = 0 (ở đây sử dụng đèn sợi đốt có cosφcs=1)

- Công suất tính toán toàn phân xưởng:

STT Tên thiết bị

Nhóm 1Bảng 3 Phụ tải tính toán các phân xưởng

4 Phụ tải tính toán toàn nhà máy

P 11039,57cosφ= = =0,84

S 13074,09

5 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải

5.1 Tâm phụ tải điện

- Tâm phụ tải là điểm quy ước nào đó sao cho Momen phụ tải P Li i đạt giá

trị cực tiểu

Trong đó:

 Pi: công suất của phụ tải thứ i

 Li: khoảng cách của phụ tải thứ I đến tâm phụ tải

- Tọa độ tâm phụ tải M(xo, yo, zo) được xác định như sau:

i i 0

i

S z

= S

z 



Trong đó:

 Si: công suất toàn phần của phụ tải thứ i

 (xi, yi, zi): tọa độ phụ tải thứ I tính theo một hệ trục tọa độ tùy ý chọn

- Trong thực tế thường ta ít quan tâm đến tọa độ z nên ta chỉ xác định tọa độ x

của tâm phụ tải

- Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ

động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây

5.2 Biểu đồ phụ tải

- Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với

tâm phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải tính toán theo tỉ lệ xích nào đó

- Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ

tải trong phạm vi khu vực cần thiết, từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện

- Biểu đồ phụ tải điện gồm hai phần: Phần phụ tải động lực (phần hình quạt

gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt để trắng)

- Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phân

xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy

trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt phẳng

- Bán kính vòng tròn phụ tải của phụ tải thứ I được xác định qua biểu thức:

i i

Hình 1 Biểu đồ phụ tải nhà máy luyện kim đen

Chương III THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP NHÀ MÁY

1 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy

2.

Với l≤250km:

U=4,34 10+0,016.11039,57 =59,29 (kV)

⇒Chọn điện áp nguồn là 35kV

3 Đề xuất phương án thiết kế mạng cao áp cho nhà máy

Ta sử dụng phương pháp sơ đồ dẫn sâu để cung cấp điện cho nhà máy từ

nguồn điện để giảm công suất tổn thất công suất , điện áp ; đồng thởi giảm vốn đầu tư TBATT , TPPTT

3.1 Phương án dùng TBA trung gian

- Đặt tại trạm biến áp trung gian 3 MBA với dung lượng được lựa chọn như

- Kiểm tra dung lượng của máy khi xẩy ra quá tải sự cố: khi xảy ra sự cố ở

một máy biến áp ta có thể tạm ngừng cung cấp điện cho tất cả các phụ tải loại III trong nhà máy Do đó ta dễ dàng thấy được máy biến áp được chọn thoả mãn điều kiện khi xảy ra sự cố

- Tại trạm biến áp trung gian sẽ lắp đặt 2 MBA EEMC 7500KVA – 35/10,5kV

- 2 phương án được đề xuất :

Hình 2 Phương án thiết kế 1

Hình 3 Phương án thiết kế 2

3.2 Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm

- Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông qua

trạm phân phối trung tâm Nhờ vậy việc quản lý vận hành mạng điện cao áp của nhà máy thuận lợi hơn, vốn đầu tư giảm, độ tin cậy cung cấp điện được gia ang, song vốn đầu tư cho mạng cũng lớn+

- 2 phương án được đề xuất :

Hình 4 Phương án thiết kế 3

4 Chọn sơ bộ các thiết bị

4.1 Chọn công suất MBA

Căn cứ vào vị trí, công suất của các phân xưởng, quyết định đặt 6 trạm biến

áp phân xưởng

4.1.1 Phương án 1

- Phương án này dùng TBATG lấy điện từ hệ thống về, hạ xuống 10,5KV sau

đó cấp cho các TBAPX Các trạm biến áp phân xưởng hạ áp từ 10,5kV xuống 0,4kV để cấp cho các phân xưởng

 Trạm A1: Cấp điện cho phân xưởng luyện gang

 Trạm A2: Cấp điện cho phân xưởng lò Martin

 Trạm A3: Cấp điện cho phân xưởng máy cán phôi tấm , phân xưởng SCCK và ban quản lý + phòng thí nghiệm

 Trạm A4: Cấp điện cho phân xưởng cán nóng

 Trạm A5: Cấp điện cho phân xưởng cán nguội

 Trạm A6: Cấp điện cho phân xưởng tôn và trạm bơm

- Chọn dung lượng MBA:

 Dung lượng các máy biến áp được chọn theo điều kiện:

n : số máy biến áp đặt trong trạm

khc : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (lấy khc =1)

kqt : hệ số quá tải sự cố, lấynếu thỏa mãn điều kiện MBA vận hànhquá tải không quá 5 ngày đêm và thời gian quá tải 1 ngày đêm không quá 2h

Sttsc :công suất tính toán sự cố

 Các trạm được đặt 1MBA hoặc 2MBA làm việc song song tùy công suất:

ttpx dmA

S S

- Phương án này dùng TBATG lấy điện từ hệ thống về, hạ xuống 10,5KV sau

đó cấp cho các TBAPX Các trạm biến áp phân xưởng hạ áp từ 10,5kV

xuống 0,4kV để cấp cho các phân xưởng

 Trạm A1: Cấp điện cho phân xưởng luyện gang

 Trạm A2: Cấp điện cho phân xưởng lò Martin

 Trạm A3: Cấp điện cho phân xưởng máy cán phôi tấm , ban quản lý và

phòng thí nghiệm

 Trạm A4: Cấp điện cho phân xưởng cán nóng

 Trạm A5: Cấp điện cho phân xưởng cán nguội và phân xưởng SCCK

 Trạm A6: Cấp điện cho phân xưởng tôn và trạm bơm

- Ta được bảng thống kê cho phương án 2 như sau:

Nhóm 1

Bảng 7 Kết quả chọn MBA phương án 2

4.1.3 Phương án 3

- Phương án này sử dụng trạm phân phối trung tâm lấy điện từ hệ thống về cấp

cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ áp từ

35kV xuống 0,4kV để cấp cho các phân xưởng

 Trạm A1: Cấp điện cho phân xưởng luyện gang

 Trạm A2: Cấp điện cho phân xưởng lò Martin

 Trạm A3: Cấp điện cho phân xưởng máy cán phôi tấm , phân xưởng

SCCK và ban quản lý + phòng thí nghiệm

 Trạm A4: Cấp điện cho phân xưởng cán nóng

 Trạm A5: Cấp điện cho phân xưởng cán nguội

 Trạm A6: Cấp điện cho phân xưởng tôn và trạm bơm

- Bảng thống kê chọn MBA phương án 3 giống với phương án 1.