bài tập lớn thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại .... Các phương pháp xác định phụ tính toán tảiPhụ ả t i tính toán

Trang 1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Họ và tên: Phạm Công Nhiên MSSV: 20212912

Mã lớp học: 145424

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Anh

Trang 2

1

ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

II Thông ban số đầu

3 Điện áp nguồ 𝑈n: đ𝑚 = 22kV hoặc 35 kV

không

7 Công su t nguấ ồn điện: Vô cùng l n ớ

III Nội dung yêu cầu hoàn thành

Bảng 1 Phụ tải của nhà máy luyện kim đen

Trang 3

2

Hình 1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy luyện kim đen

BỘ PHẬN MÁY CÔNG CỤ

Trang 4

3

Trang 7

6

Trang 8

7

MỤC LỤC

BÀI TẬP LỚN – MÔN HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1

MỤC LỤC 7

DANH SÁCH BẢNG 9

DANH SÁCH HÌNH VẼ 11

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 12

1.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 12

1.1.1 Phương pháp xác định Ptt theo hệ số Knc vàPđ 12

1.1.2 Xác định Ptttheo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại K𝑚𝑎𝑥 13

1.1.3 Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho tải chiếu sáng 14

1.1.4 Tính phụ tải tính toán toàn phần của mỗi phân xưởng 15

1.2 Phụ tải tính toán toàn nhà máy 15

1.3 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 15

1.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng cơ khí 15

1.3.2 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí 22

1.3.3 Xác định tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí 22

1.4 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại 23

1.5 Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy 25

1.6 Xác định biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy 26

1.6.1 Tâm phụ tải điện 26

1.6.2 Biểu đồ phụ tải điện 27

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CHO NHÀ MÁY 31

2.1 Đặt vấn đề 31

2.2 Xác định điện liên áp kết với nguồn 31

2.2.1 Lựa chọn cấp điện áp truyền tải phía cao áp nhà máy 31

2.2.2 Phương án sử dụng trạm biến áp trung tâm (TBATT) 32

2.2.3 Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm 38

2.2.4 Lựa chọn Phương án nối dây của mạng cao áp 38

2.3 Tính toán kinh - tế kỹ thuật lựa chọn phương án hợp lý 41

2.3.1 Các công thức tính toán 41

Trang 9

8

2.3.2 Phương 1 án 44

2.3.3 Phương án 2: Sử dụng trạm biến áp trung gian và sơ đồ liên thông 50

2.3.6 Kết luận 68

2.4 Thiết kế chi tiết cho sơ đồ đã được chọn 69

2.4.1 Đường dây đi từ nguồn đến trạm biến phân phôi trung tâm áp 69

2.4.2 Sơ đồ trạm phân phối trung tâm và TBA phân xưởng 70

2.5 Sơ đồ chi tiết mạng cao áp của nhà máy 88

Trang 10

9

Bảng 1.1 Bảng phụ tải tính toán nhóm 1 16

Bảng 1.7 Bảng tổng hợp phụ tải tính toán của các nhóm 22

Bảng 1.8 Danh sách các phân xưởng và thông số tra cứu 24

Bảng 1.9 Bảng tổng hợp phụ tải tính toán của các phân xưởng 24

Bảng 1.10 Tâm phụ tải phân xưởng 27

Bảng 1.11 Biểu đồ phụ tải điện của các phân xưởng 29

Bảng 2.1 Phân loại phụ tải 33

Bảng 2.2 Hai phương án lựa chọn TBA phân xưởng 37

Bảng 2.3 Máy biến áp các trạm phương án 1 44

Bảng 2.4 Tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1 45

Bảng 2.5 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 47 1

Bảng 2.6 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương án 1 48

Bảng 2.7 Thông số MBA phương án 2 51

Bảng 2.9 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 54 2

Bảng 2.10 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương 2 án 55

Bảng 2.13 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 59 3 Bảng 2.14 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương 3 án 61

Bảng 2.17 Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương án 65 4 Bảng 2.18 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây phương 4 án 66

Bảng 2.19 Tổng kết các phương án 68

Bảng 2.20 Thông số máy cắt được chọn 72

Bảng 2.21 Thông số đường dây trên không và cáp cao áp 77

Bảng 2.22 Trị số dòng ngắn mạch 79

Bảng 2.23 Tổng trở máy biến áp quy về phía hạ áp 79

Trang 11

10

Bảng 2.24 Trị s dòng ố ngắn mạch t i ạ đi m 𝑁1′ , 𝑁2′, 𝑁 ’ể 7 80

Bảng 2.25 Thông số kĩ thuật của tủ đầu vào 8DH10 82

Bảng 2.26 Thông số dao cách ly 82

Bảng 2.27 Kiểm tra Dao cách ly 83

Bảng 2.28 Thông số cầu chì 84

Bảng 2.29 Kiểm tra cầu chì 84

Bảng 2.30 Thông aptomat số tổng 85

Bảng 2.31 Thông aptomat nhánh số 86

Bảng 2.32 Thông số thanh góp hạ áp 87

Trang 12

11

Hình 1.1 Vòng tròn phụ tải 28

Hình 1.2 Bản đồ phụ tải của nhà máy luyện kim đen 30

Hình 2.1 Phương 1 án 39

Hình 2.6 Sơ đồ trạm biến áp trung tâm phương án 1 49

Hình 2.8 Sơ đồ trạm biến áp trung tâm phương án 2 56

Hình 2.10 Sơ đồ trạm phân phối trung tâm phương án 62 3 Hình 2.11 Phương án 63 4 Hình 2.12 Sơ đồ trạm phân phối trung tâm phương án 4 67

Hình 2.13 Phương án được lựa chọn 69

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý TPPTT 71

Hình 2.15 Sơ đồ ghép nối trạm trung tâm 72

Hình 2.16 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp và phía hạ áp 78

Hình 2.17 Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch N 78

Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý TBA phân xưởng 81

Hình 2.19 Sơ đồ đấu nối các trạm đặt 2 MBA 82

Hình 2.20 Sơ đồ chi tiết mạng cao áp của nhà máy 88

Trang 13

12

CHƯƠNG XÁC I: ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

1.1 Các phương pháp xác định phụ tính toán tải

Phụ ả t i tính toán (𝑃𝑡𝑡) là đại lượng đặc trưng cho khả năng sử dụng công suất củamột hay nhiều nhóm thiết bị dùng điện Đó là công suất giả định không đổi trong suốt quá trình làm việc, nó gây ra hậu quả phát nhiệt hoặc phá hủy cách điện đúng bằng công suất thực tế đã gây ra cho thiết bị trong quá trình làm việc Vì vậy trong thực tế thiết kế cung cấp điện nhi m vệ ụ đầu tiên là xác định 𝑃𝑡𝑡 của hệ thống cần cung cấp điện Tùy

năng phát triển của hệ thống trong nhiều năm sau đó

Phụ tải tính toán sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống như: MBA, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt …, tính toán tổn thất công suất điện năng, lựa chọn

bù …Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng máy, chế độ vận hành…

hưởng đến chất lượng, độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện Do đó việc lựa chọn phụ

𝐾𝑛𝑐: Hệ số nhu cầu tra từ sổ tay theo số liệu của các phân xưởng

𝑃đ : Công suất đặt củacác phân xưởng:

Trong đó:

𝑡𝑔𝜑: H s công ệ ố suất tính toán s tay, t ra ổ ừ𝑐𝑜𝑠𝜑

𝑄𝑡𝑡 : Công suất phản kháng tính toán

Trang 14

13

1.1.2 Xác định𝐏𝐭𝐭theo công su t trung bình ấ 𝐏𝐭𝐛 và ệ ố ực đạ 𝐊 h s c i 𝐦𝐚𝐱

Sau khi nhà máy đã có thiế ết k chi ti t cho t ng PX, có thông tin chính xác v m t bế ừ ề ặ ằng

bố trí thi t b , biế ị ết được công su t và quá trình công ngh c a t ng máy Ti n hành thi t ấ ệ ủ ừ ế ế

kế m ng h áp c a PX, sạ ạ ủ ố liệu đầu tiên cần xác định là 𝑃𝑡𝑡 cùa từng thiết bị và từngnhóm thiết bị trong PX

𝐾𝑠𝑑 là hệ số sử dụng của nhóm (tra sổ tay)

𝐾𝑚𝑎𝑥là hệ số cực đại tra bảng từ Ksd và nhq (số thiết bị dùng điện hiệu quả)

Trình t xác ự định 𝑛ℎ𝑞:

trong nhóm

Xác định 𝑃1: Tổng công suất của các động cơ có công suất ≥ 1/2 công suất của động cơ

Xác định 𝑛∗ và 𝑃∗:

𝑛

𝑃1 = ∑𝑃đ𝑚𝑖 𝑖=1

Trang 15

Ngoài việc quy đổi chế độ cũng cần quy đổi công su t mấ ột pha về 3 pha

Đố ới v i điện áp pha: 𝑃𝑞đ = 3 𝑃đ𝑚; điện áp dây: 𝑃𝑞đ = √3 𝑃đ𝑚

Phụ tải phản kháng của động lực và chiếu sáng:

1.1.3 Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho tải chiếu sáng

Phụ t i chi u ả ế sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên m t ộ đơn vị diện tích (𝑚2)

Trong đó:

Trang 16

15

𝑃0: Suất chi u sáng trên ế đơn ị v S (𝑊 𝑚/ )

𝑆: Diện tích c n chiầ ếu sáng (𝑚2)

1.2 Phụ tải tính toán toàn nhà máy

PTTT bằng tổng phụ tải của các phân xưởng có kể đến hệ số sử dụng đồng thời:

1.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng cơ khí

phải phân nhóm phụ tải để xác định phụ tải tính toán được chính xác

Nguyên tắc phân nhóm phụ tải:

Trang 17

Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tải động lực

Số lượng thiết bị trong nhóm không quá nhiều vì đầu ra của tải động lực là: đến 8

12

Tuy nhiên khi phân nhóm ta cần chuyển các thiết bị một pha về thiết bị 3 pha Ở đây có

về phụ tải 3 pha làm việc dài hạn theo công thức:

𝑃𝐵𝐴 = 3 √𝑘𝑑 𝑃đ𝑚 = 3 √𝑘𝑑 𝑆đ𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 3 √0,25 24.0,35 = 13,13 (𝑘𝑊)

Dựa theo các nguyên tắc và vị trí, công suất của thiết bị bố trí trên mặt bẳng phân xưởng

Trang 18

𝑃đ𝑚1𝑖: Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 1 (kW)

𝑛1𝑖: Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 1

Trang 19

65

0,93.200 = 186 > = 2.27,6 = 55,2 𝐴 𝐼𝑠𝑐 𝐴 (𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛) Tương tự với các tuyến cáp cao áp của các TBA phân xưởng còn lại Kết quả ghi trong bảng 2.17:

Bảng 2.17: Kết quả lựa chọn cáp cao áp và hạ áp phương 4 án

𝐼𝑐𝑝

(𝐴)

𝐿 (𝑚)

Đơ𝑛 𝑔𝑖á (∗)

𝑇ℎ 𝑛ℎ ề𝑛à 𝑡𝑖 (∗) TPPTT-

Trang 20

V y v n ậ ố đầu tư dây cáp: 𝐾𝐷 = 691,1 tri u ệ VNĐ

2 Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng

Đường cáp TBATG-B1 có tiế diện 2XLPE (3*50) t có𝑟0 = 0,5 Ω/𝑘𝑚, 𝐿 = 75 𝑚

1

𝑅 = 2 𝑟0 𝐿 = 0,5.0,5.75.0,001 = 0,019 (Ω) Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.11)

(𝑚𝑚2)

𝐿 (𝑚)

𝑟0

(Ω/𝑘𝑚)

𝑅 (Ω)

𝑆𝑡𝑡

(𝑘𝑉𝐴)

Δ𝑃 (𝑘𝑊)

Trang 21

+ 14 máy cắt cấp điện tại đầu 6 đường dây kép cấp điện cho các TBA phân xưởng

Vốn đầu tư máy cắt là:

CB2 MC 35

kV MCLL

CB4

CB5 CB6 CB7 CB8 CB9 CB CB14 CB6 CB7 CB8 CB CB15 CB10 CB11

Trang 23

69

1.3 2.4 Thiết kế chi tiết cho sơ đồ đã được chọn

2.4.1. Đường dây đi từ nguồn đến trạm biến áp phân phôi trung tâm

nhôm lõi thép, l kép Tra bộ ảng ớ v i 𝑇𝑚𝑎𝑥 = 4500 ℎ 𝐽𝑘𝑡 = 1,1 (𝐴/𝑚𝑚2).Vậy:

𝐹 = 𝐼𝑡𝑡𝑛𝑚 = 89,62 = 81,47 (𝑚𝑚2)

𝑘𝑡 𝐽𝑘𝑡 1,1 Chọn dây nhôm thép t lõi tiế diện 70 𝑚𝑚2, AC – 70 có 𝐼𝑐𝑝 = 275 𝐴

Trang 24

Như vậy dây cáp đã chọn là phù hợp

2.4.2. Sơ đồ trạm phân phối trung tâm và TBA phân xưởng

điện cho nhà máy Sơ đồ cần phải thỏa mãn các điều kiện cơ bản như:

Hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Do nhà máy chế tạo vòng bi là hộ tiêu thụ loại I nên ta chọn sơ đồ một hệ thống thanh

ta bố trí một chống sét van

Trang 25

Trong đó Icb là dòng điện cưỡng bức

CB4

Trang 26

vào

Hình 2.15 Sơ đồ ghép nối trạm trung tâm

2 Thanh góp

Trang 27

74

Thanh góp còn được gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn được dùng trong các tủ phân phối,

tủ động lực hạ áp, các tủ máy cắt, các trạm phân phối Đối với các trạm phân phối người

theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt dòng ngắn mạch

Trong đó:

𝐾1 phụ thuộc vào việc đặt thanh góp

𝐾2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

б𝑐𝑝: là ứng suất cho phép

б𝑡𝑡: là ứng suất tính toán dưới tác dụng của lực điện động dòng ngắn mạch

Kích thước 30x4 (mm)

Điện trở suất:𝑟0 = 0,167 (mΩ/m)

Dòng điện cho phép: 𝐼𝑐𝑝 = 475 (A)

Máy biến áp đo lường hay còn gọi là máy biến điện áp (BU; TU) có chức năng biến đổi

bảo vệ tín hiệu điều khiển

Trang 28

75

Máy biến áp đo lường được chế tạo với điện áp từ 3kV trở lên loại khô hoặc loại có dầu

có nhiệm vụ báo chạm đất 1 pha

Sơ đồ đấu dây

Điện ápchịu đựng xung 1,2/50μs: 170 kV

Điện áp định mức:

Trang 29

Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp 1’: 70 kV

Điện ápchịu đựng xung 1,2/50μs: 170 kV

áp đo lường và chống sét van

Chống sét van có thể đặt ở một trong hai vị trí sau đây:

Trước dao cách ly: dòng sét không đi qua dao cách ly Nhưng phương án này gặp khó khăn trong quá trình vận hành sửa chữa, khi muốn thay thế chống sét van cần phải cắt máy cắt đặt ở trạm trung tâm

đó có thể làm hỏng dao cách ly

Trang 30

77

𝑈đ𝑚𝐶𝑆𝑉 ≥ 𝑈đ𝑚𝐿 Đ (2.29)

L a ự chọ chốngn sét van AZLP501B36 c a Cooper ủ có𝑈đ𝑚 = 36 𝑘𝑉

2.4.2.2 Tính toán ngắn mạch để chọn vàkiểm tra thiết bị.

Mục đích của tính toán ngắn mạch là để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn địnhnhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp do không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng hệ thống thông qua công suất ngắn mạch về phía hạ áp của TBATG và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn

Trong tính toán ngắn mạch ở lưới trung áp ta có các giả thiết sau làm đơn giản quá trình tính toán ngắn mạch

Gom các nguồn thành nguồn đẳng trị và điện kháng đẳng trị

Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện cần tính 15 điểm ngắn mạch:

𝑁1, 𝑁2, … 𝑁7: điểm ngắn mạchphía cao áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra cáp vàthiết bị cao áp của trạm

𝑁1′, 𝑁2′, … 𝑁 ′7: Điểm ngắn mạch phía hạ áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra aptomat tổng của trạm

Trang 31

Tuyến dây dẫn truyền điện năng từ trạm trung gian về đến trạm phân phối trung tâm đã

TBAPX

25

Trang 32

79

𝑍𝑑 = √ 𝑋2 + 𝑅 2 = √1,4282 + 1,61 = 2,15 2 (Ω)Dòng điện ngắn mạch ba pha tại điểm N:

Trang 33

80

Tính toán dòng ngắn mạch ạ t i 𝑁′ , 𝑁′, 𝑁7’

1 2

Tổng trở máy biến phân áp xưởng quy về phía hạ áp:

Bảng 2.23 Tổng trở máy biến áp quy về phía hạ áp

Dòng ngắn mạch ạ điể t i m 𝑁′ , 𝑁′, 𝑁7’ quy đổi về phía hạ áp được tính theo công thức:

Trang 34

81

Bảng 2.24 Trị ố s dòng ngắn mạch ạ điể t i m 𝑁 , 𝑁, 𝑁7’

1 2

Kiểm tra lại máy cắt và thanh cái

Máy c t 8DC11 dòng c t ắ có ắ 𝐼𝑁 = 40 𝑘𝐴 Thanh cái ở trạm PPTT dòng có ổn định động

𝐼ôđ = 63 𝑘𝐴 lớn hơn rất nhiều so vớidòngđiện ngắn mạch 2,588 kA dòng xung kích vàngắn mạch 6,588 kA tại điểm ngắn mạch trên thanh cái của trạm PPTT Vì vậy máy cắt

Kiểm tra lại cáp

Chỉ cần kiểm tra lại tuyến cáp dòng có ngắn mạch lớn nhất:

𝐹𝑐á𝑝 = 25 𝑚𝑚2 > 𝐼𝖺 ∞ √𝑡𝑞đ = 6.2,588 √0,8 = 13,89 (𝑚𝑚2)

V y ậ chọn cáp t có tiế diện là 50 𝑚𝑚2 cho các tuyến là hoàn toàn hợp lý

Ngoài ra, khả năng chịu dòng ngắn mạch của dao cách ly và tủ đầu vào của các TBAPX cũng lớn hơn nhiều so với trị số dòng ngắn mạch đã tính được, nên các thiết bị đã chọn ở phần trên là thỏa mãn, ta không cần phải chọn lại

Vì các TBA phân xưởng đặt gần TPPTT nên phía cao áp của TBA chỉ cần đặt dao cách

ly và cầu chì Phía hạ áp đặt aptomat tổng và atomat nhánh, thanh cái hạ áp được phân

Trang 35

82

MBA 35/0,4

Tủ cao

áp

ở trạng thái mở

Tủ cao MBA Tủ A Tủ A Tủ phân Tủ A Tủ A

Trang 36

83

√

1 Lựa chọn tủ đầu vào

Đặt hai tủ đầu vào 35kV dao cách 3 có ly vị trí, cách điện SF6, không phải bảo trì ,

Dao cách ly có nhiệm vụ cách ly phần mang điện và phần không mang điện, tạo khoảng cách an toàn trông thấy, phụ vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra bảo dưỡng thiết bị

Để thuận tiện ta dùng chung 1 chủng loại dao cách ly cho tất cả các trạm biên áp để dễ dàng cho việc mua sắm , lắp đặt thay thế Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau: Điện áp định mức: 𝑈đ𝑚 𝐷𝐶𝐿 ≥ 𝑈đ𝑚𝐿

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen
Tác giả	Phạm Công Nhiên
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thị Anh
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Trường Điện – Điện Tử
Chuyên ngành	Điện - Điện tử
Thể loại	Bài tập lớn
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	4,68 MB