Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn tùng Nghiên cứu đánh giá đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng mông dơng, cẩm phả, quảng ninh Luận Văn Thạc sĩ kỹ thuật Hà nội - 2012 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn tùng Nghiên cứu đánh giá đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng mông dơng, cẩm phả, quảng ninh Chuyên ngành: Điện khí hoá mỏ M số : 60.52.52 Luận Văn Thạc sĩ kỹ thuật ngời hớng dẫn khoa học: TS Trần Hữu Phúc Hà nội - 2012 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, nội dung trình bày luận văn thân thực Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đ đợc đăng ký phê duyệt theo định số 422/QĐ-MĐC Hiệu trởng Trờng Đại học Mỏ - Địa Chất Các số liệu, kết tính toán luận văn trung thực Hà nội, Ngày tháng năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Tùng Mục lục Trang Trang phơ b×a -Lêi cam ®oan -Môc lôc Danh mục bảng Danh mơc c¸c hình vẽ, đồ thị Mở đầu - Chơng Đánh giá tổng quan hệ thống cung cấp điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh 1.1 Hệ thống cung cấp điện mỏ - 1.2 Mạng điện ph©n phèi 6kV cđa má 1.3 Đặc diểm cung cấp điện mỏ hầm lò - 1.4 NhËn xÐt Chơng Nghiên cứu đánh giá trạng sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh -10 2.1 Đánh giá tình trạng kỹ thuật mạng điện cao áp mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh 10 2.2 Đánh giá tình trạng kỹ thuật mạng điện hạ áp mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Ph¶, Qu¶ng Ninh 24 Chơng Nghiên cứu đề xuất số giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh 55 3.1 Tổ chức vận hành hợp lý máy biến áp trạm biến áp chÝnh -55 3.2 Bù công suất phản kháng 58 3.3 ứng dụng thiết bị điều khiển phù hợp thực tế sản xuất mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh -62 3.4 Lùa chän cÊp điện áp hợp lý mạng điện 78 3.5 C«ng tác tổ chức quản lý -80 3.6 NhËn xÐt -81 Kết luận kiến nghị 82 Tài liệu tham khảo 84 Phụ lục Danh Mục Các Bảng Bảng Nội dung Trang 1.1 Thông số kỹ thuật hai máy biến áp 110/35/6 kV Mông Dơng 1.2 Thông số kỹ thuật máy biến áp 35/6 kV mỏ Mông Dơng 1.3 Thông số kỹ thuật máy biến áp 35/6 kV mỏ Khe Chàm 1.4 Các phụ tải 6kV mỏ Mông Dơng 1.5 Các phụ tải 6kV mỏ Khe Chàm 2.1 2.2 2.3 2.4 Điện tiêu thụ mỏ than Mông Dơng từ ngày 23/9/2011 đến ngày 29/9/2011 11 Điện tiêu thụ trạm 35/6 kV mỏ than Khe Chàm từ ngày 08/10/2011 đến ngày 14/10/2011 11 Năng lợng tác dụng, lợng phản kháng trung bình ngày công suất tiêu thụ mỏ năm gần 12 Công suất tác dụng công suất phản kháng ngày điển hình mỏ Mông Dơng 13 2.5 Công suất tác dụng phản kháng ngày điển hình mỏ Khe Chàm 15 2.6 Các thông số đặc trng biểu đồ phụ tải 18 2.7 Công suất tính toán mỏ Mông Dơng 20 2.8 Công suất tính toán mỏ Khe Chàm 21 2.9 Công suất tính toán trạm biến áp 21 2.10 Năng lực sử dụng trang thiết bị điện mỏ 23 2.11 Đặc điểm tình trạng làm việc hệ thống điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh 25 2.12 Số lợng chủng loại máy biến áp khu vực 26 2.13 Số lợng chủng loại máy cắt 26 2.14 Số lợng chủng loại khởi động từ 27 2.15 Số lợng chủng loại máng cào 27 2.16 Số lợng chủng loại biến áp khoan chiếu sáng 27 2.17 Số lợng chủng loại trục tời 27 2.18 Số lợng chủng loại rơle rò 28 2.19 Số lợng chủng loại quạt cục 28 2.20 Công suất tính toán máy biến áp khu vực 33 2.21 Thông số máy biến ¸p khu vùc 34 2.22 KÕt qu¶ kiĨm tra theo ®iỊu kiƯn dßng nung nãng cho phÐp 36 2.23 KÕt tính toán tổn thất điện áp máy biến ¸p khu vùc 43 KÕt qu¶ tÝnh to¸n tỉn thÊt điện áp từ trạm biến áp khu vực đến cực phụ 2.24 tải tơng ứng với cuối đoạn dây công trờng lựa chọn 43 khảo sát 2.25 2.26 3.1 Kết tính toán tổn thất công suất tổn thất điện máy biến áp công trờng lựa chọn khảo sát 49 Kết tính toán tổn thất công suất tổn thất điện mạng cáp công trờng lựa chọn khảo sát 49 Giá trị công suất giới hạn máy biến áp 35/6 kVcủa trạm biến áp 57 3.2 Các sơ đồ đấu tụ điện tĩnh 58 3.3 Sự thay đổi hiệu suất hệ số công suất động tải thay đổi 77 Danh Mục hình vẽ đồ thị Hình vẽ Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cÊp ®iƯn qua giÕng 2.1 BiĨu ®å phụ tải ngày điển hình 29/9/ 2011 mỏ Mông Dơng 14 2.2 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình 14/10/ 2011 cđa má Khe Chµm 15 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 3.2 Sơ đồ thay mạng điện hạ áp khu vực lò chợ số mức (-70ữ+0) K8 CT 29 Sơ đồ thay mạng điện hạ áp khu vực lò chợ số 10 mức (-190ữ -100) G9 CĐ 29 Sơ đồ thay mạng cung cấp điện lò máy biến áp số 25 phân xởng VTĐS; KT1; KT3; KT4 mỏ than Khe Chàm 30 Sơ đồ thay mạng cung cấp điện lò máy biến áp số 10 phân xởng VTĐS; CB6; CB4; KT4 mỏ than Khe Chàm 31 Sơ đồ mạch điều khiển động biến tần 64 Đặc tính ĐCKĐB ba pha điều khiển biến tần mômen cản không thay đổi theo tốc độ 65 3.3 Quan hệ công suất, lu lợng, áp suất theo tốc độ quạt gió 66 3.4 Sơ đồ khối điều khiển cho động bơm nớc kV nối tầng van 70 3.5 Sơ đồ nguyên lý khởi ®éng mỊm 73 Phơ Lơc Më ®Çu TÝnh cấp thiết đề tài: Các mạng điện hạ áp mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh sử dụng chủ yếu cấp điện áp (380ữ660)V Khi khả khai thác phát triển xuống sâu, diện khai thác ngày mở rộng, suất chiều dài lò chợ phát triển, dẫn đến hậu tổn hao điện áp đờng dây truyền tải tăng, ảnh hởng trực tiếp đến điều kiện làm việc bình thờng điều kiện khởi động động cơ, làm giảm suất máy tuổi thọ động cơ, động bị tải Khi tổn hao điện máy biến áp đờng dây tăng cao, ảnh hởng trực tiếp đến giá thành sản phẩm Để khắc phục hậu quả, nâng cao sản lợng khai thác đáp ứng nhu cầu tổng sơ đồ phát triển ngành than, mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh cần phải tiến hành đổi mới, áp dụng giới hóa tự động hóa công nghệ khai thác Dẫn đến tỷ trọng chi phí điện giá thành sản phẩm tơng đối cao Vì việc nghiên cứu đề xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đối tợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tợng nghiên cứu đề tài phụ tải điện mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Phạm vi nghiên cứu đề tài tình hình tiêu thụ lợng lới điện cao áp, hạ áp mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh: Mông Dơng, Khe Chàm Mục đích đề tài Đánh giá tổng quan tình trạng sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Phân tích lựa chọn số giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Nhiệm vụ đề tài Để thực mục đích trên, đề tài cần giải nhiệm vụ sau: 70 Hình 3.4: Sơ đồ khối điều khiển cho động bơm nớc kV nối tầng van Các tiristor TY1; TY2, ®iƯn trë R1, R2 ®Ĩ ®iỊu khiĨn động tới tốc độ tới hạn dới nmin dải điều chỉnh trạng thái xác lập TY2 khoá, TY1 mở cầu chỉnh lu CLT1 đợc mở với góc cố định 1= 1max= 1500 cầu chỉnh lu CLT2 có góc mở cố định, điều chỉnh đợc dải = (0 ữ1500) tuỳ theo tốc độ cần đặt tơng ứng với dải n= (nmax ữ nmin) Cầu chỉnh lu CL biến đổi lợng trợt từ xoay chiều sang chiều, cầu CLT1; CLT2 biến áp BA biến đổi lợng trung gian từ chiều sang xoay chiều trả lới nguồn Do đặc điểm mô men điện từ động tỉ lệ bình phơng với tốc độ (M n2) lên dải điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động dùng nối tầng van thờng (0,5 ữ 1).nđm Hiệu kinh tÕ tõ øng dơng bé nèi tÇng van cã thĨ khẳng định qua so sánh phơng pháp điều chỉnh suất bơm thiết bị điều chỉnh nối tầng van phơng pháp dùng van tiết lu nh sau: 71 Khi dùng van tiết lu để giảm lu lợng nớc, giảm suất bơm công suất trục bơm là: P1 = Kc.Pđm đó: Kc- hệ số giảm công suất dùng tiết lu; kết thực nghiệm cho thấy Kc= 0,9 Pđm- công suất định mức trục bơm Pđm= K0 Pdmdc dc = 0,9 Pdmdc = 0,947.Pdmdc 0,95 K0= 0,9- tØ sè c«ng suất định mức bơm công suất định mức động = 0,95- hiệu suất động Nh P1 = Kc.Pđm= 0,9.0,947 Pđmdc= 0,85Pđmđc - Khi điều chỉnh lu lợng nớc cách thay đổi tốc độ động cơ, giả thiết giảm 15% tốc độ định mức thì: n = 0,853 P®m = 0,61.P®m = 0,58 P®m®c P2 = P®m ndm - Tỉn hao c«ng st đổi nối tầng van là: n ∆Ptt= P2 − 1.(1 − 0,947 ) = 0,58.Pdmdc − 1.(1 − 0,94 ) = 0,006.Pdmdc 0,85 ndm Phần công suất tiết kiệm đợc dùng nối tầng van so với bé tiÕt l−u lµ: ∆P = P1- P2- ∆Ptt = 0,85.P®m®c- 0,58 P®m®c- 0,006 P®m®c= 0,264 P®m®c NÕu sè giê giảm bớt lu lợng năm vận hành 3500 phần điện tiết kiệm đợc năm là: W = P.3500 = 924.Pđmđc , kWh Ví dụ: Máy bơm nớc số lấy điện từ trạm phân phối 6kV mức -100 mỏ than Khe Chàm có công suất động Pm= 315 kW; Với đơn giá điện Co = 1.200 đồng/kW.h lợng tiền tiết kiệm hàng năm : 72 Y =924.Pđm.C0 = 924 315 1200 = 349272000 ®ång Nh− vËy sư dơng nối tầng van hoàn toàn có lợi Nh nối tầng van có ý nghĩa lớn hệ thống truyền động quạt gió, máy nén, bơm, máy dệt, máy công cụ Nhng với hệ thống thoát nớc mỏ vận hành không liên tục, nớc đầy đa bơm vào vận hành nớc cạn bơm dừng làm việc nên số bơm mở máy nhiều ca làm việc Vì hệ thống thoát nớc mỏ nên dùng khởi động mềm để giảm vốn đầu t, giảm nguồn dự phòng động có công suất lớn khởi động Các động quạt gió chính, bơm thoát nớc có công suất lớn thiết bị đóng cắt, bảo vệ, nguồn cung cấp lớn để đảm bảo điều kiện khởi động nặng nề bơm Từ dẫn đến việc đầu t lớn nguồn hệ thống cung cấp, điều khiển, bảo vệ, nguồn dự phòng Diezel Do vậy, việc sử dụng khởi động mềm (tăng dần điện áp trình khởi động để giảm dòng khởi động ban đầu) mang lại hiệu cao Trớc hết giảm công suất lắp đặt tối thiểu cho nguồn cung cấp, vốn đầu t cho nguồn dự phòng, giảm chi phí sử dụng thiết bị đóng cắt, bảo vệ khởi động Trớc đây, để giảm dòng khởi động thờng sử dụng biện pháp nh: chuyển mạch đấu Y/, đóng điện qua cuộn kháng nhiều nấc hay biến ¸p tù ngÉu, ®ãng ®iƯn qua ®iƯn trë v.v C¸c biện pháp giảm đợc dòng khởi động nhng hiệu không cao tổn hao lợng vô ích Ngày sử dụng khởi động mềm điện tử có u hẳn biện pháp khởi động nêu điểm sau: + Cho phép đặt gia tốc khởi động, mômen khởi động theo yêu cầu công nghệ cách xác + Không có xung, giật trình khởi động + Tiêu hao điện trình khởi động + Hoạt động tin cậy, kích thớc nhỏ gọn Các khởi động mềm áp dụng cho quạt bơm nớc có cấp điện áp hạ áp 380 V, 660 V cao áp kV ( mức -225 công ty than Khe Chàm sử dụng bơm có công suất bơm 1000 kW loại FD720 khởi động mềm phòng nổ loại QBRG-300/6K Trung Quốc lắp đặt năm 2008) 73 Có hai dạng sơ đồ khởi động mềm đợc áp dụng công nghiệp là: Sơ đồ điều khiển đóng cắt hai pha ( van bán dẫn công suất đấu song song ngợc lắp hai pha; pha lại đợc đấu trực tiếp vào lới ) sơ đồ đóng cắt ba pha Sơ đồ ba pha đợc đánh giá an toàn tin cậy hơn, có tính ổn định cao sơ đồ hai pha Sơ đồ nguyên lý khởi động mềm đóng cắt ba pha đợc biểu diễn hình: 3.5 S R T KĐT R qt S TO P START P t3 STPO R qt K2 K2 K1 K1 V1 K1 K1 K1 BA1 BA2 Ty1 R Ty K2 Ty K2 C R Ty5 Ty4 K2 C R C Ty BA3 BOCR A Bộ tạ o xung đ iể u k h iĨ n BD1 BD2 V2 R ¬ le q u tả i V U Ra Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khởi động mềm Đóng điện khởi động từ K1, điện áp ba pha đặt vào Tiristor công suất Ty1 đến Ty6 biến áp đồng Ba1 đến Ba3 Các biến áp đồng thời biến áp cấp nguồn cho ba mạch tạo xung điều khiển cho cặp tiristor pha Điện áp mức khởi đầu đợc xác định góc mở khởi đầu tiristor, đợc đặt biến trở Rp1 bảng điều khiển máy Diễn biến tăng điện áp đợc xác định rơ le thời gian Rt1ữRt3 mạch điều khiển, cho phép tăng dần điện áp Ngay sau khởi động vào thời điểm t0, điện áp khởi động đạt 300 V, vào thời điểm t1 ( điều chỉnh đợc giải 1ữ10 s ) điện áp tăng từ 300 V lên 340 V; đến thời điểm t2 điện áp tăng lên đến 380 V Vào thời điểm t3 xác định rơ le thời gian Rt3, khởi động từ K2 tự động đóng làm cho tiristor tự khoá Đến thời điểm t4, xác định rơ le thời gian Rt4, 74 khởi động từ K1 cắt điện, , toàn mạch điều khiển tiristor bị điện Lúc có K2 làm việc để dẫn dòng cho động công tác Với nguyên lý làm việc nh cho phép giảm đáng kể công suất yêu cầu tiristor kích thớc toả nhiệt Khởi động từ K1 đóng điện cha có dòng tải cắt điện dòng tải đ đợc qua tiếp điểm K2 , nên tiếp điểm hầu nh không chịu ảnh hởng dòng tải, hoạt động đợc lâu dài với độ tin cậy cao Việc dừng động đợc thực nhờ khởi động từ K2 Khi K2 cắt điện động hoàn toàn đợc cách điện với lới ( K1 đ mở trớc ) Mạch bảo vệ tải dùng biến dòng BD1 - BD2 rơ le tải Khi sử dụng khởi động mềm mang lại lợi ích sau: - Giảm dòng khởi động dẫn đến giảm xung giật học hệ thống điện, nâng cao tuổi thọ cấu truyền động, giảm cố cho lới cung cấp Thùc tÕ sư dơng khëi ®éng mỊm cđa Ba Lan thấy tuổi thọ băng tải tăng gấp 2ữ3 lần Với băng tải phần lớn cố xảy vào giai đoạn khởi động xung giật dòng khởi động lớn nên hạn chế đợc yếu tố trên, cố giảm hẳn Khi khởi động cứng khởi động từ đóng cắt điện trực tiếp làm cho trôi ngợc vật liệu, trợt băng, giảm tuổi thọ băng Với trục tời khởi động trực tiếp dễ gây trợt bánh (cặm goòng), tụt cáp nguy hiểm cho ngời thiết bị - Giúp điện áp lới nguồn ổn định, tránh ảnh hởng xấu đến thiết bị khác lới - Nâng cao độ tin cậy thiết bị điều khiển Thống kê cho biết khởi động từ dùng khởi động trực tiếp có số lần cố gấp (30ữ40) lần khởi động không tiếp điểm Ví dụ: tính toán lợi ích dùng khởi động mềm 6kV-QBRG-150 A cho động bơm thoát nớc 1000kW trạm phân phối 6kV mức -225 Công thức tính dòng khởi động nh sau: I kủ = 2.I dm với phơng pháp dùng khởi ®éng mỊm, I kđ = 1,5.I dm dïng biÕn trở I kủ = 5.I dm khởi động trực tiếp Trong Iđm dòng điện định mức động I ủmBom = Pủm 1000 = = 129,3 , A 3.U ñm cos ϕ ñm η ủm 3.6.0,8.0,93 75 Khi khởi động trực tiếp nên Ikđ.Bơm = 5.Iđm.Bơm = 5.129,3 = 646,5, A Công suất máy phát cần thiết để khởi động : Pmf = 3.U ñm I kñ bom cosϕ ñm η ñm = 3.6.646,5.0,8.0,95 = 5106 kW Sư dơng khëi ®éng mỊm nên dòng khởi động bơm là: I kủ bom = 2.I đmbom = 2.129,3 = 258,6 , A C«ng suất máy phát cần thiết để bơm khởi động là: Pmfbom = 3.6.258,6.0,8.0,95 = 2042,5 kW Nh− vËy, nÕu sö dụng khởi động mềm công suất dự phòng giảm từ 5106 kW xuống 2042,5 kW 3.3.2 ứng dụng thiết bị điều khiển cho hệ truyền động tời trục, băng tải 3.3.2.1 Đặc điểm tời trục, băng tải Băng tải, tời trục thiết bị có công suất lớn có mặt tất mỏ khai thác hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Qua việc khảo sát cho thấy băng tải mỏ Khe Chàm sử dụng cấp điện áp 6kV, băng tải lại sử dụng cấp điện áp 660 V đợc truyền động động xoay chiều rô to lồng sóc, đợc khởi động trực tiếp qua khởi động từ Các băng tải mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh thờng chạy non tải gián đoạn chạy không tải, đặc điểm công nghệ khai thác chuyển tải từ lò chợ Các tời trục giếng nghiêng đợc dẫn động động rô to dây quấn, khởi động điều chỉnh tốc độ điều khiển cắt trở, lợng vật liệu (than đất đá) chuyển chân giếng không liên tục nên tời trục vận hành chế độ ngắt qu ng, thờng xuyên phải khởi động h m 3.3.2.2 ứng dụng biến tần để điều khiển cho tời trục, băng tải Phng pháp ủiu khiển động khởi động từ dùng biến tần máy điện có nhợc điểm quan trọng tổn thất lợng lớn động cơ, số lần đóng điện bị hạn chế Nh ta đ biết, tăng tốc không tải, tổn thất lợng rôto động không đồng dự trữ động mà khối lợng chuyển động đ tích lũy đợc trình tăng tốc đó, h m ngợc lần dự trữ động 76 Việc khởi động h m động cách thay đổi tần số đợc thực êm trơn Hệ truyền động nh đáng quý Vấn đề giải cách hợp lý sử dụng biến tần bán dẫn, quán tính tổn thất lợng trình biến đổi Nếu thực khởi động h m cách thay đổi tần số, không cần phải làm tăng điện trở dẫn rôto, mà ngợc lại ngời ta lại mong muốn cho điện trở nhỏ để tăng độ cứng đặc tính tất tần số để giảm tổn thất rôto Bằng cách tăng tần số ta thực đợc trình tăng tốc động đoạn đặc tính có độ trợt nhỏ độ trợt tới hạn, đảm bảo đợc tỷ số cực đại mômen dòng điện hệ ngời ta sử dụng phơng pháp h m tái sinh có trả lợng lới để thay cho h m ngợc h m động năng(tiêu thụ lợng từ lới) Do tổn thất lợng rôto stato đợc giảm bớt, số lần đóng điện theo điều kiện phát nhiệt đợc tăng lên Điều quan trọng nhiều truyền động có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Biện pháp để tiết kiệm điện (giảm tổn thất điện năng) đợc áp dụng cho tời trục, băng tải cung cấp cho động qua biến đổi điện áp tần số Việc sử dụng thiết bị tự động ghi nhận tải động để tự động điều chỉnh điện áp tần số nguồn điện cung cấp cho động luôn tạo đợc chế độ làm việc định mức có hiệu suất định mức (đm) hệ số công suất định mức (cosđm) tơng ứng với công suất tải (Pt) Nh với giải pháp việc tiết kiệm điện giảm đợc đồng thời tổn thất công suất tác dụng động giảm đợc tổn thất công suất tác dụng lới điện Tổn thất công suất tác dụng động mang tải Pt < Pđm đợc xác ®Þnh ∆Pt = (1- ηt).Pt + kkt Pt tgϕt ®ã: ηt - hiƯu st cđa ®éng c¬ øng víi tải Pt; tgt đợc xác định từ hệ số công suất cost ứng với tải Pt động cơ; kkt - đơng lợng kinh tế hệ thống điện Tổn thất công suất tác dụng động đợc cung cấp qua biến tần: Pđm = (1- đm).Pt + kkt Pt tgđm 77 Vì đm > t, tgt > tgđm (do cost < cosđm) nên ứng với giá trị tải Pt, lợng tổn thất công suất tác dụng tiết kiệm đợc: P = Pt - Pđm = Pt.[(đm - ηt + kkt (tgϕt - tgϕ®m)] Theo sù thay đổi hiệu suất hệ số công suất cos theo hệ số mang tải động k t = Pt động thông dụng bảng 3.3 Pdm Hệ số công suất cosđm động không đồng vào khoảng (0,7ữ0,9), tải tơng đối giảm 0,5 hệ số cos giảm chừng 0,1 Số liệu dÉn b¶ng 3.3 chØ cã hiƯu qu¶ tải động Pt 70%Pđm với hệ số công suất trung bình costb0,7 Với động có Pt 30%Pđm với hệ số công suất trung bình costb(0,5ữ 0,6) Bảng 3.3: Sự thay đổi hiệu suất hệ số công suất động tải thay đổi Công suất định mức (kW) 7,0 10 14 20 28 40 55 75 100 HƯ sè c«ng st cosϕ Hiệu suất , % Tải so với công suất định møc kt 0,25 0,50 0,75 1,0 0,25 0,50 0,75 0,78 0,86 0,88 0,86 59,5 74,5 63,5 0,50 0,77 0,85 0,88 80,5 86,5 87,5 0,61 0,78 0,86 0,88 83,5 87,5 88,5 0,60 0,79 0,86 0,88 85,0 90,0 90,0 0,60 0,81 0,87 0,88 81,0 87,0 89,0 0,57 0,79 0,87 0,89 74,5 79,5 90,5 0,68 0,81 0,86 0,89 77,5 86,5 90,0 0,67 0,83 0,88 0,89 85,5 91,0 92,0 0,67 0,80 0,88 0,89 88,0 89,5 92,0 1,0 87,0 87,5 88,5 89,0 90,0 90,5 91,0 91,0 92,0 §Ĩ minh häa cã thĨ lÊy vÝ dơ: ®éng c¬ têi JK-2,5-6kV cã P®m = 570 kW; cosϕ®m= 0,89; đm = 0,92%, làm việc non tải với kt = 0,5; Pt= 285kW; Cosϕt = 0,8; ηt = 0,86, mỏ than Khe Chàm Lợng giảm tổn thất công suất tác dụng tiết kiệm đợc động đợc cung cấp thông qua biến tần P = Pt [η dm − η t + k kt (tgϕ t − tgϕ dm )] = 285[0,92 − 0,86 + 0,12(0,75 − 0,51)] = 25,3 (kW ) 78 ®ã: kkt = 0,12kW/kVAr - đơng lợng kinh tế hệ thống điện tính đến chỗ đấu động Giả thiết động làm việc ca với thời gian t = 4000 h/năm lợng điện tiết kiệm đợc: W = P. = 25,3 x 4000 = 101200 (kW.h/năm) Với đơn giá điện Co = 1.200 đồng/kW.h lợng tiền tiết kiệm hàng năm: Y = W.Co = 1.200 101200= 121440000; (đ) Đơn giá tủ biến tần (VFD)A-06/065-570kW/6kV có giá trung bình ko = 100 USD/kW tơng đơng ko = 2.106 đồng/kW Nh giá mua thiết bị(chi phí đầu t), bỏ qua chi phí vận hành, bảo quản, cho phí phụ, tổn thất điện biến tần là: K = K = 570.2.106 = 1140.106 (đ) Thời gian thu hồi vốn đầu t phụ: T= K 1140.10 = = 9,4 năm Y 121440000 Ngoài u điểm tiết kiệm điện năng, thiết bị biến tần (VFD)A-06/065570kW/6kV thiết bị khởi động êm động điện, giảm đợc tổn thất công suất khởi động động giảm đợc dao động điện áp mạng điện Tuy nhiên nhìn vào kết ví dụ tính toán ta thấy việc dùng biến tần ®Ĩ ®iỊu khiĨn cho têi, trơc cã hiƯu qu¶ nh−ng không cao Mà quy luật điều khiển dùng biến tần để điều khiển tốc độ cho băng tải có hiệu 3.4 Lựa chọn cấp điện áp hợp lý mạng điện Các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh đa số sử dụng cấp điện áp chủ yếu 660 V Do khả khai thác phát triển ngày xuống sâu, diện công tác ngày mở rộng nên chiều dài mạng hạ áp từ máy biến áp đến phụ tải ngày tăng hậu điện áp đặt vào cực phụ tải giảm thấp giá trị quy định, ảnh hởng trực tiếp đến điều kiện làm việc bình thờng điều kiện khởi động động cơ, làm giảm suất máy động bị tải, giảm tuổi thọ động Chi phí điện tổn thất điện áp máy biến áp đờng dây tăng cao, ảnh hởng trực tiếp đến giá 79 thành sản phẩm Ngoài ra, trình phát triển, với nâng cao suất, chiều dài lò chợ tăng, dẫn đến nhu cầu lắp đặt combai công suất lớn tới hàng trăm kW, việc sử dụng cấp điện áp 660V bộc lộ nhiều hạn chế, cản trở phát triển mỏ, làm tăng kích thớc, khối lợng, tăng dòng khởi động, gây ảnh hởng tới khả cung cấp lới Để phát triển lò chợ suất cao khả khai thác ngày xuống sâu, cần phải nâng cao khả truyền tải hệ thống cung cấp điện.Vấn đề đ đợc nớc giải theo hớng nâng cấp dần mạng điện hạ áp khu vực Hiện mỏ vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh có xu nâng dần cấp điện áp lên 660 1140 V khu vực khai thác giới hóa nh mỏ Mông Dơng, Khe Chàm Hiện mạng điện hạ áp hầm lò mỏ than vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh, Với lò chợ đào lò thủ công đào lò chuẩn bị đ sử dụng cấp điện áp 660V Lò chợ sử dụng công nghệ khai thác đào lò máy Combai đ sử dụng cấp điện áp 1140V Nên việc nâng cấp điện áp lên 1140 V so với 660V mỏ vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh có u nhợc điểm sau: Ưu điểm: + Với mạng điện 660V đ đảm bảo điều kiện kỹ thuật việc nâng cấp điện áp lên 1140V cho phép khả phát triển lâu dài tơng lai, đồng thời làm giảm đáng kể tổn thất điện năng, làm giảm giá thành sản phẩm: công suất truyền tải, điện áp 1140 V dòng điện giảm lần, tổn thất điện áp giảm lần tổn thất điện giảm lần so với cấp điện áp 660V Nhợc điểm: + Cấp điện áp 1140 áp dụng cho công nghệ giới hóa nh máy khấu, phụ thuộc vào công suất thiết bị, chiều dầy vỉa, lực vận tải, + Việc nâng cấp điện áp từ 660 V lên 1140 V cần thiết phải giải vấn đề đảm bảo an toàn điện giật Đối với mạng trung tính cách ly sử dụng mỏ hầm lò, dòng qua ngời chạm phải pha mạng đợc xác định theo biÓu thøc: 80 3.U f In = 3Rn + Ζ ®ã: U f - ®iƯn áp pha mạng Rn -điện trở thể ngời Z- tổng trở cách điện mạng + Khi ngời chạm trực tiếp vào pha mạng 660 V, dòng chạy qua ngời vợt giá trị cho phép nhiều lần gây nguy hiểm tới tính mạng ngời Tuy nhiên so với dòng an toàn cho phép (Iat = 0,03 A) mạng 1140 V việc ngời trạm trực tiếp vào pha mạng nguy hiểm Bởi việc tổ chức lắp đặt vận hành mạng phải theo quy phạm an toàn điện, đảm bảo không cho ngời chạm trực tiếp vào phần tử dẫn điện yêu cầu cần thiết + Khi điện áp tăng từ 660V lên 1140V (tăng 1,73 lần), mức độ cách điện giữ nguyên nh cũ, dòng điện chảy qua ngời chạm phải pha mạng tăng lên lợng tơng ứng Do đó, sau nâng mức điện áp lên 1140V, để đảm bảo điều kiện an toàn điện giật điện trở cách điện tối thiểu cho phép mạng phải đợc nâng cao điện dung mạng phải đợc giảm + Các thiết bị phải chuyển lại cách đấu nối, thay quấn lại Trong công nghệ khai thác đào lò thủ công không đổi nên việc chuyển đổi đồng cấp điện áp từ 660V lên 1140V mỏ than vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh cha cần thiết 3.5 Công tác tổ chức quản lý Ngoài biện pháp kỹ thuật đ đa chứng minh trên, công tác tổ chức quản lý đóng góp lớn vào việc tiết kiệm lợng cho mỏ Tác giả đa số giải pháp sau: - San phụ tải điện: Thờng mỏ vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh th−êng lµm viƯc ca vµ th−êng ca1 vµ ca phụ tải có công suất lớn ca có công suất nhỏ điện tiêu thụ chủ yếu phục vụ cho công tác chuẩn bị Nhng giá tiền điện vào phụ tải đỉnh khác với giá tiền non tải, 81 ta tổ chức sản xuất vào ca đợc nh ca ca giảm đợc số tiền than khai thác - Tổ chức kiểm toán điện năng: Khoán điện cho thiết bị, cụm thiết bị, đơn vị sản xuất Sẽ dẫn đến ngời vận hành thiết bị, ngời quản lý có ý thức việc tiết kiệm điện - Thay đổi, cải tiến xếp lại trình công nghệ để thiết bị làm việc chế độ hợp lý đồng thời huấn luyện công nhân có trình độ ý thức lao động, hợp lý hóa thao tác 3.6 Nhận xét Những giải pháp có khả áp dụng mang lại hiệu đ chứng minh, giải pháp đặc điểm phụ tải, chế độ làm việc, điều kiện thực tế khác nên hiệu khác Do tình cụ thể mỏ than Hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh u tiên dùng giải pháp có hiệu cao nh: - ứng dụng khởi động mềm để khởi động cho bơm nớc - ứng dụng biến tần để điều khiển cho quạt gió, băng tải - Công tác tổ chức quản lý hợp lý 82 Kết luận kiến nghị Nghiên cứu đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh, làm giảm giá thành than khai thác, cải thiện điều kiện làm việc nâng cao mức sống cho ngời lao động Để giải đợc mục tiêu đ nêu, đề tài đ tập trung giải nội dung nh sau: - Đánh giá tổng quan hệ thống cung cấp điện mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh - Nghiên cứu tình hình sử dụng điên mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh - Nghiên cứu đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Từ kết khảo sát nghiên cứu, rút đợc kết luận kiến nghị nh sau: Sử dụng lực trang thiết bị thực tế mỏ đạt 18,05% theo công thức kinh nghiệm nớc ngoài, tính toán với điều kiện Việt Nam chừng đạt 41,9% Nh phần lớn lực trang thiết bị cha đợc sử dụng, lợng lớn vốn đầu t bị l ng phí Khi sử dụng triệt để lực trang thiết bị điện để phục vụ cho sản xuất có tính đến điều kiện mỏ Việt Nam công suất máy biến áp đ đợc trang bị trạm biến áp đảm bảo đợc yêu cầu Giá trị giới hạn công suất tải để định cho máy biến áp trạm biến áp vận hành, nhằm tiết kiệm điện đợc tiến hành theo công thức: Sgh = ∆Po' t Sdm ∆PN' τ Víi gi¸ trị Sgh tính toán tình trạng sử dụng công suất trạm nh tại, mỏ cho vận hành máy biến áp hợp lý Để nâng cao chất lợng cung cấp điện, đơn vị lắp tụ bù công suất phản kháng Tất tụ bù đợc lắp trạm biến 83 áp 35/6 kV trạm biến áp 6/0,69-0,4 kV theo phơng pháp bù tập trung phơng pháp bù nhóm, cha có tụ lắp cực phụ tải phần mạng điện cao áp hạ áp mỏ hầm lò bị tổn hao công suất phản kháng Đề nghị tiếp tục nghiên cứu chế tạo tụ bù hệ thống tự động điều chỉnh công suất bù có chức phòng nổ, phòng tia lửa (đối với mạng điện hầm lò) để bù cực phụ tải, nâng cao triệt để chất lợng điện Do xu hớng phát triển ngành than, sản lợng than ngày tăng, sử dụng ngày nhiều máy móc thiết bị điện có công suất lớn, để nâng cao chất lợng cung cấp điện mỏ cần ứng dụng thiết bị điều khiển nh: Bộ biến tần, nối tầng van, khởi động mềm Hiệu từ việc ứng dụng thiết bị ®iỊu khiĨn kÜ tht míi nh− mét sè vÝ dơ phân tích mục (3.3) cho thấy, thời gian hoàn vốn đầu t trang bị cho loại thiết bị ngắn, trung bình không năm Khi khai thác xuống sâu, với gia tăng chiều dài, tăng suất lò chợ công suất lắp đặt thiết bị, Khi chiều dài suất lò chợ tăng, mức độ giới hóa tự động hóa tăng, xét phơng diện kinh tế kỹ thuật, nên chuyển cấp điện áp lên 660 V 1140 V Việc chuyển cấp điện áp lên 660 V, 1140 V phối hợp hai cấp tùy thuộc vào tình hình cụ thể phải đảm bảo an toàn điện giật Tuy nhiên mạng điện hạ áp hầm lò mỏ vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh đ sử dụng cấp điện áp 660V 1140V nên việc nâng điện áp đồng nên 1140V cha cần thiết Cần tiếp tục nghiên cứu thiết kế, chế tạo Thiết bị khởi động êm sử dụng điện tối u phù hợp với điều kiện mỏ vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh nói riêng mỏ Việt Nam nói chung đảm bảo phòng nổ, tia lửa, dễ sử dụng, vận hành sửa chữa 84 Tài liệu tham khảo Trần Bách (1999), Tối u hóa chế độ hệ thống điện, Nxb Tủ sách đại học chức Bách Khoa, Hà Nội Lê Văn Doanh, Phạm Văn Bình, Phạm Hùng Phi, Trần Văn Tớp, Nguyễn Xuân Hoàng Việt (2010), Sử dụng lợng tiết kiệm hiệu quả, Trờng Đại học Bách khoa, Hà Nội Hoàng Hữu Hiên, Nguyễn Đức Lợng, Bạch Quang Minh, Nguyễn Đỗ Thiện, Nguyễn Đức Trung (1977), Sổ tay điện mỏ (Tập 1,2), Nxb Khoa häc kü tht, Hµ Néi Ngun Anh Nghĩa, Trần Bá Đề (1997), Giáo trình Điện khí hóa mỏ, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa, Nguyễn Hanh Tiến (2009), Giáo trình Tổ chức cung cấp điện mỏ, Nxb Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Trần Hữu Phúc (2010), Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than vùng Quảng Ninh, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội Bùi Ngọc Th (1983), Giáo trình mạng điện, Nxb Đại học bách khoa, Hồ Chí Minh Nguyễn Hanh Tiến (2001), Bài giảng Máy điện, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi (1982), Cơ sở truyền động điện tự động (Tập 1), Nxb Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 10 Bùi Đình Tiếu, Nguyễn Trọng Thuần (1983), Một số ứng dụng thiết bị điện từ, điện tử bán dẫn máy sản xuất, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 11 Nguyễn Đức Trung (1970), Kỹ thuật điện mỏ, Nxb Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 12 A.A Fedorov, G.V.Xerbinovxki (1981), Sách tra cứu cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp, Thiết bị Tự động hóa, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 13 I.M MARKOVITS (1975), Các chế độ hệ thống lợng, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 14 X.N VESENEVXKI (1979), Các đặc tính động truyền động điện, Nxb Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi ... đích đề tài Đánh giá tổng quan tình trạng sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Phân tích lựa chọn số giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông. .. Đánh giá tổng quan hệ thống cung cấp điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh - Nghiên cứu tình hình sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh - Nghiên cứu đề. .. đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ than hầm lò vùng Mông Dơng, Cẩm Phả, Quảng Ninh Phơng pháp nghiên cứu Để giải nhiệm vụ đề tài, tác giả sử dụng phơng pháp nghiên