thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen 1

Số liệu phụ tảiBảng 1.1 và Hình 1.1 cho số liệu tổng quan của phụ tải toàn nhà máy bao gồm vị trí, diện tích,công suất đặt và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng trong nhà máy.. Yêu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

Bộ môn Hệ thống điện -*** -

CHƯƠNG 1: DIỄN GIẢI YÊU CẦU THIẾT KẾ 2

1.1 Số liệu phụ tải 2

1.2 Số liệu liên kết với nguồn 6

1.3 Yêu cầu thiết kế 6

1.4 Các hình vẽ yêu cầu trong thiết kế 6

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 7

2.1 Tổng quan các phương pháp xác định phụ tải tính toán 7

2.1.1 PP xác định PTTT theo hệ số nhu cầu (K ) và công suất đặt (Pnc đ) 7

2.1.2 PP xác định PTTT theo hệ số cực đại (K ) và P trung bình (Pmax tb) 7

2.1.3 PP xác định PTTT theo suất phụ tải trên mô St đơn vị diê Sn tích 9

2.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí 9

2.2.1 Phân nhóm phụ tải 9

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí 15

2.3 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại 16

2.4 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy-biểu đồ phụ tải 18

2.4.1 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy 18

2.4.2 Bảng tổng kết phụ tải tính toán của toàn nhà máy 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP TOÀN NHÀ MÁY 20

3.1 Những vấn đề chung 20

3.1.1 Phạm vi thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen 20

3.1.2 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy 20

3.2 Đề xuất các phương án sơ đồ cung cấp điện của nhà máy 20

3.3 Chọn sơ bộ các thiết bị điện 23

3.3.1 Chọn công suất máy biến áp 23

3.3.2 Chọn tiết diện dây dẫn 28

3.3.3 Tính toán chi phí hàng năm 44

3.4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn 45

3.4.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp khu vực về tủ phân phối trung tâm 45

3.4.2 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện 45

3.4.3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện đã được chọn sơ bộ ở phần so sánh kinh tế - kỹ thuật 50

3.4.4 Lựa chọn các thiết bị phân phối điện khác 513.4.5 Sơ đồ mạng điện cao áp của nhà máy 54

CHƯƠNG 1: DIỄN GIẢI YÊU CẦU THIẾT KẾ

1.1 Số liệu phụ tải

Bảng 1.1 và Hình 1.1 cho số liệu tổng quan của phụ tải toàn nhà máy bao gồm vị trí, diện tích,công suất đặt và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng trong nhà máy Tỷ lệ xích trên Hình 1cho phép tính chính xác kích thước thực tế của các phân xưởng để từ đó tính diện tích của chúng

Bảng 1.1 Phụ tải của khu công nghiệp

TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Loại hộ tiêu thụ

9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm 320 III

10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Bảng 1.2 và Hình 1.2 cho số liệu của phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí.

Bảng 1.2 Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí

TT Tên phân xưởng SL

6 Máy tiện rêvonve 1 2 2

7 Máy phay vạn năng 2 3 6

8 Máy phay ngang 1 2 2

15 Máy khoan vạn năg 1 5 5

16 May doa ngang 1 5 5

17 Máy khoa hướng tâm 1 2 2

18 Máy mài phẳng 2 9 18

19 Máy mài tròn 1 6 6

20 Máy mài trong 1 3 3

21 Máy mài dao cắt gọt 1 3 3

22 Máy mài sắc vạn năng 1 1 1

23 Máy khoan bàn 2 1 2

24 Máy ép kiểu trụ khuỷu 1 2 2

43 Máy tiện ren 2 10 20

44 Máy tiện ren 1 7 7

45 Máy tiện ren 1 5 5

46 Máy phay ngang 1 3 3

47 Máy phay vạn năng 1 3 3

48 Máy phay rang 1 3 3

50 Máy bào ngang 2 8 16

Hình 1.2: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải nhà máy là T = 4000 giờ.max

1.2 Số liệu liên kết với nguồn

Điện áp nguồn: tùy chọn giữa U = 35kV; 22kV Cho biết điện áp của các lưới hệ thống ở lânđmcận vị trí nhà máy cần thiết kế cung cấp điện Khi thiết kế cần phải chọn cấp điện áp để liên kếtHTCCĐ của nhà máy với lưới hệ thống Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khuvực: 330MVA Mục đích để tính dòng ngắn mạch và lựa chọn thiết bị điện Đường dây cung cấpđiện cho nhà máy Dùng dây nhôm lõi thép (ACSR) đặt treo trên không Khoảng cách từ nguồn tớinhà máy: 6 km Khoảng cách và công suất phụ tải cho phép sơ bộ chọn lựa cấp điện áp liên kết vớinguồn điện

1.3 Yêu cầu thiết kế

Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy

Thiết kế mạng điện cao áp toàn nhà máy

Thiết kế mạng điện hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí

Tính toán nâng cao cosφ của toàn nhà máy

Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Thiết kế trạm biến áp nguồn cấp cho một phân xưởng tự chọn trong nhà máy

1.4 Các hình vẽ yêu cầu trong thiết kế

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy và các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy

Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy

Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Sơ đồ mặt bằng và đi dây của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp nguồn của phân xưởng tự chọn

Sơ đồ nguyên lý mạng chiếu sáng phân xưởng sửa chữa cơ khí

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

2.1 Tổng quan các phương pháp xác định phụ tải tính toán

2.1.1 PP xác định PTTT theo hệ số nhu cầu (K ) và công suất đặt (P ) nc đ

Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xí nghiê Sp (chưa có thiết kế chi tiết

bố trí các máy móc, thiết bị trên mă St bằng), lúc này mới ch€ biết duy nhất mô St số liê Su cụ thể là côngsuất đă St của từng phân xưởng

Phụ tải tính toán đô Sng lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức:

Pđl = k Pnc đQđl = P tanφđlTrong các công thức trên:

Knc: hê S số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuâ St theo số liê Su thống kê của các xí nghiêp, phânSxưởng tương ứng

cosφ: hê S số công suất tính toán, c•ng tra sổ tay kỹ thuâ St, từ đó rút ra tanφ

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên mô St đơn vị diê Sn tích:

Pcs = p F0Qcs= P tanφcsTrong đó:

P0: suất chiếu sáng trên mô St đơn vị diê Sn tích (W/m )2

F: diê Sn tích cần được chiếu sáng, ở đây là diê Sn tích của phân xưởng (m )2

Từ đó tính được phụ t€a tính toán của m…i phân xưởng:

Stt =Phương pháp này kém chính xác, không xét được chế độ vận hành của các phụ tải, ch€ dùngtrong tính toán sơ bộ khi biết số liệu rất ít về phụ tải như P và tên phụ tải.đ

2.1.2 PP xác định PTTT theo hệ số cực đại (K ) và P trung bình (P ) max tb

Sau khi xí nghiê Sp đã có thiết kế chi tiết cho phân xưởng, ta đã có các thông tin chính xác về

mă St bằng bố trí máy móc, thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghê S của từng thiết bị,người thiết kế có thể bắt tay vào thiết kế mạng điê Sn hạ áp phân xưởng Có thể xét đến cách chế độlàm việc của phụ tải nên kết quả tính toán chính xác hơn Sử dụng khi có số liệu chi tiết của phụ tải.Với mô St đô Sng cơ:

Ptt = PđmVới nhóm đô Sng cơ n ≤ 3:

Ptt = Với n ≥ 4 phụ tải tính toán của nhóm đô Sng cơ xác định:

Ptt = k k max sdTrong đó:

ksd: là hê S số công suất sử dụng của nhóm thiết bị, tra sổ tay

kmax: là hê S số cực đại, tra sổ tay theo 2 đại lượng (k và n – số thiết bị dùng điêsd hq n hiê SSuquả)

- Tra bảng phụ lục tính được: Kmax = f (K ; n )sd hq

- Cần lưu ý đến quy đổi các phụ tải về chế đô S làm viê Sc dài hạn:

Mô St pha điê Sn áp pha-ba pha:

Pdm.3P = 3 Pdm.PN

Mô St pha điê Sn áp dây-ba pha:

Pdm.3P = Pdm.PPNgắn mạch lă Sp lại về dài hạn:

Các thiết bị làm viê Sc theo chế đô S ngắn hạn lă Sp lại thường là thiết bị c‹u, nâng tải trọng, máybiến áp hàn

- Cuối cùng phụ tải tính toán toàn phân xưởng với n nhóm:

Pttpx = k đtQttpx = k đt

2.1.3 PP xác định PTTT theo suất phụ tải trên mô ft đơn vị diê fn tích

Công thức tính: P = p Ftt 0

Trong đó: F- diê Sn tích sản xuất, m2

p0: là suất phụ tải trên 1 m diê2 n tích sản xuất, tra trong sổ tay, kW/m S 2

Phương pháp này kém chính xác, ch€ để sử dụng để xác định sơ bô S phụ tải có đă Sc điểm làphân bố tương đối đều trên mô St diê Sn tích rô Sng Như phân xưởng gia công cơ khí, dê St…

2.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

2.2.1 Phân nhóm phụ tải

a, Tiêu chí phân nhóm

Các thiết bị trong cùng một nhóm nên có chế độ làm việc tương tự nhau

Tổng công suất định mức của các nhóm phụ tải nên xấp x€ nhau, hơn nữa tổng số phụ tảicủa các nhóm c•ng nên xấp x€ nhau và nên trong khoảng 8 đến 12 phụ tải

Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau

Chú ý rằng cách tiêu chí trên khó có thể thoả mãn đồng thời vì đặc điểm của phụ tải thường làkhông xác định Tiêu chí 2 và 3 thường hay sử dụng

6 Máy tiện rêvonve 1 2 2

7 Máy phay vạn năng 2 3 6

8 Máy phay ngang 1 2 2

9 Máy phay đứng 2 4 28

10 Máy phay đứng 1 7 7

12 Máy bào ngang 2 9 18

13 Máy xọc 4 8 32

14 Máy xọc 1 3 3

16 May doa ngang 1 5 5

17 Máy khoan hướng tâm 1 2 2

Số thiết bị có công suất lớn hơn là n = 131

Tổng công suất của n thiết bị trên là P = 1311 1

Nhóm 2

Bảng 2.2 Nhóm 2 phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí BỘ PHẬN LUYỆN NHIỆT

TT Tên thiết bị SL

P đm (kW) 1 máy Toàn bộ

31 Lò điện kiểu buồng 1 30 30

32 Lò điện kiểu đứng 1 25 25

33 Lò điện kiểu bể 1 30 30

34 Bể điện phân 1 10 10

Ta thấy rằng số thiết bị của nhóm n = 4

Ta phải tính gần đúng phụ tải tính toán của nhóm

43 Máy tiện ren 2 10 20

44 Máy tiện ren 1 7 7

45 Máy tiện ren 1 5 5

46 Máy phay ngang 1 3 3

47 Máy phay vạn năng 1 3 3

48 Máy phay rang 1 3 3

49 Máy xọc 1 3 3

50 Máy bào ngang 2 8 16

51 Máy mài tròn 1 7 7

Số thiết bị có công suất > là n = 11

Tổng công suất của n thiết bị trên là P = 24.51 1

20 Máy mài trong 1 3 3

21 Máy mài dao cắt gọt 1 3 3

Ta thấy rằng số thiết bị của nhóm n = 2

Ta phải tính gần đúng phụ tải tính toán của nhóm

Ta chọn k = 0.9 và cosφ = 0,6ti

Ptt nhóm = 0,9.6 = 5.4kW)

Chọn máy cắt

Do nhà máy luyện kim đen có quy mô, công suất lớn có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế,không thể để mất điện Nếu dự phòng bằng máy phát điện sẽ không có lợi bằng cấp điện bằng 2đường dây trung áp Vì vậy, ta đặt trạm phân phối trung tâm dùng sơ đồ thanh góp có phân đoạn.Nhà máy dùng sơ đồ một hệ thống thành góp có phân đoạn cho TPPTT nến sẽ sử dụng các tủmáy cắt (còn gọi là mắt cắt hợp bộ) trên tất cả đầu vào ra và liên lạc giữa hai phân đoạn thanh góp

Vì từ TBAATG đến nhà máy là đường dây trên không nên trên m…i phân đoạn thanh góp củaTPPTT cần đặt thêm một chống sét van Vì điện áp là 35kV nên phải đặt trên m…i phân đoạn thanhgóp một máy biến áp đo lường có 3 cuộn dây, trong đó cuôn tam giác hở dùng để phát hiện dòngchạm đất một pha Chọn dùng các tủ hợp bộ của hang Schneider loại F400, hệ thống thạnh góp đặtsẵn trong các tủ có dòng định mức 1250A

Bảng 3.8 Thông sất máy cắt đặt tại trạm phân phối trung tâm

Loại Udm(kV) Idm(A) Loại Icắtđm(kA) Iôđn ôđn/t (lA/s) I (kA)ôđđ

Bảng 3.9 Chọn máy cắt cho phương án 1

Nhánh Uđ m

(kV)

S (kVA)

Số cáp

Icb (A) Loại

I cắtđm (kA)

Giá tiền (USD

Thành tiền (USD)

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt 338 000

Đối với các phương án 2; 3; 4 làm tương tự

Bảng 3.10 Chọn máy cắt cho phương án 2

Số cáp

Icb (A) Loại I (kA) cắtđm

Giá tiền (USD

Thành tiền (USD)

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt 260 000

Bảng 3.11 Chọn máy cắt cho phương án 3

I cắtđm (kA) Giá tiền (USD Thành tiền (USD)

Bảng 3.12 Chọn máy cắt cho phương án 4

Nhánh Uđ m

(kV)

S (kVA)

Số cáp

Icb (A) Loại I (kA) cắtđm

Giá tiền (USD

Thành tiền (USD)

TPPTT-B1 35 3058 2 50.44 F400 25 26000 52 000

TPPTT-B3 35 4182.4 2 69 F400 25 26000 52 000

TPPTT-B4 35 4717.2 2 77.8 F400 25 26000 52 000

TPPTT-B6 35 3059.8 2 50.47 F400 25 26000 52 000

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt 208 000

3.3.3 Tính toán chi phí hàng năm

Trong đó

Avh: Hệ số vận hành TBA và đường dây cáp, a = 0,1.vh

Atc: hệ số tiêu chu‹n thu hồi vốn đầu từ a = 0,1 hoặc 0,125 hoặc 0,2.tc

Máy cắt (Triệu đồng)

Tổn Hao MBA (Triệu đồng)

Tổn hao đường dây (Triệu đồng)

Tổng tổn hao (Triệu đồng)

Tổng chi phí (Triệu đồng)

1 3455.7 613.037 7436 513.5 36.83 11504.74 4001.752

2 3455.7 504.460 5720 513.5 38.51 9680.16 3456.058

3 2993.6 764.584 6864 500.3 215.72 10622.18 3902.671

4 2993.6 746.900 4576 500.3 218.22 8316.5 3213.47Qua bảng tổng kết trên thì phương án 2 và phương án 4 có tổng chi phí là nhỏ nhất trong

cả 4 phương án và phương án 4 là phương án có tổng chi phí là nhỏ nhất nhưng tổn hao lại lớn nhất

và có đoạn đi dây phức tạp hơn phương án 2 nên quyết định chọn phương án 2 làm phương án thiếtkế

3.4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

3.4.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp khu vực về tủ phân phối trung tâm

Đường dây cung cấp từ TBAKV về TPPTT dài 6 km sử dụng đường dây trên không, lộ kép,dây nhôm lõi thép Tiết diện dây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế, tra bảng ta có j = 1,1kt A/mm2

.

Dòng điện chạy trên 1 lộ: (A)

Tiết diện kinh tế của đường dây trên không: (mm )2

Kiểm tra điều kiện của dây dẫn khi xảy ra sự cố đứt 1 dây:

Isc = 2 Ilvmax = 2 = 202.64 (A) => I ≥ Icp sc0,9=225.2A

Chọn dây dẫn ở bảng PL4.12 AC – 95 có I = 335 A, thỏa mã điều kiệncp

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện khi xảy ra sự cố

Kiểm tra điều kiện tổn tất điện áp

Với dây AC-95 có r = 0,33 Ω/km, x = 0,36 Ω/km, l = 10 km0 0

3.4.2 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện

Mục đích của tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt củathiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống Dòng điện ngắn mạch tính toán đểchọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha

Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện ta cần tính toán 6 điểm ngắn mạch:

N - ngắn mạch trên thanh cái tủ phân phối trung tâm để kiểm tra máy cắt và thanh cái.N1, N , N – Các điểm ngắn mạch phía cao áp của các trạm biến áp phân xưởng để kiểm tra2 3cáp và thiết bị cao áp của các trạm

Điện kháng của hệ thống được tính theo công thưc sau: (Ω)

Trong đó:

SN: công suất ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực, S = 330 MVANUtb: điện áp trung bình của phần lưới làm việc chứa thanh cái; U = 1,05 Utb dm

Điện trở và điện kháng của đường dây:

R = ; X =

Trong đó:

r0, x : điện trở và điện kháng trên 1 km dây dẫn (Ω/km)0

l: chiều dài đường dây (km)

Do ngắn mạch xa nguồn nên dòng ngắn mạch siêu quá độ I” bằng dòng dòng điện ngắn mạch

ổn định I, nên ta có thể viết:

Trong đó:

ZN - tổng trở từ hệ thống điện đến điểm ngắn mạch thứ i (Ω)

Trị số dòng điện xung kích đựơc tính theo công thức sau:

ixk = 1,8 .IN (kA)

Sơ đồ tính toán ngắn mạch.

Hình 3.5 Các điểm tính ngắn mạch

Bảng 3.24 Thông số đường dây trên không và cáp

Đường dây Số mạch F

(mm ) 2

L (km)

r 0 (Ω/

km)

x 0 (Ω/km)

R (Ω)

X (Ω)

Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N trên thanh cái của trạm phân phối trung tâm

Tính ngắn mạch tại điểm N2 trên thanh góp phía cao áp của trạm biến áp phân xưởng B1:

Các điểm ngắn mạch khác được tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng 3.25

Bảng 3.25 Kết quả tính dòng điện ngắn mạch

Điểm ngắn mạch (Ω) R (Ω) X I N

(kA)

i xk (kA)

Tính dòng ngắn mạch tại phía áp của TBAPX

Tính điện trở và điện kháng MBA

Tính tương tự đối với các trạm biến áp khác ta có kết quả

Bảng 3.26 Điện trở và điện kháng của máy biến áp phân xưởng

ΔU N (%)

R (Ω)

X (Ω)

Bảng 3.27 Các thông số quy đổi điện trở của cáp, hệ thống, MBA vầ ĐDK

Tính dòng điện ngắn mạch phía hạ áp của các phân xưởng khác tương tự ta có:

Kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch phía hạ áp của các phân xưởng

Điểm ngắn mạch (mΩ) R (mΩ) X I N

(kA)

i xk (kA)

Fodn: Thiết diện ổn định nhiệt của cáp

α: Hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng giới hạn của cáp Cáp đồng α = 7, cáp nhôm α =12

I∞: Dòng điện ngắn mạch ba pha xác lập

tqd là thời gian quy đổi nhiệt của dòng điện ngắn mạch, lấy xấp x€

tqd = t = t = 0,5 (s)N cắt

Fchọn= 25 mm Suy ra, cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện.2

Tương tự với các đoạn cáp trung áp khác đều được kết quả là thỏa mãn điều kiện ổn địnhnhiệt

b, Kiểm tra máy cắt

Thông số máy cắt tại trạm phân phối trung tâm

Loại U đm

(kV) I đm (A) I cắt.đm

(kA)

I /t odn odn (kA/s)

I odd (kA)

F40

0 36 1250 25 25/1 40

Dòng điện cắt định mức: = 3,55 kA