Khê
Phụ tải điện là một hàm theo thời gian và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm của q trình cơng nghệ, chế độ vận hành… Đường biểu diễn sự thay đổi của phụ tải tác dụng P, phụ tải phản kháng Q, dòng điện I theo thời gian tương ứng được gọi là biểu đồ phụ tải công suất tác dụng, phản kháng và biểu đồ phụ tải theo dịng điện. Có thể xây dựng biểu đồ phụ tải theo thời gian quan sát là hàng ngày, hàng tháng hoặc hàng năm.
Khi thiết kế, nếu biết biểu đồ phụ tải điển hình sẽ có căn cứ để chọn thiết bị điện và tính điện năng tiêu thụ. Lúc vận hành, nếu biết biểu đồ phụ ti in
TBAC 35/ 6kV T.P.T.H Trm bm 6 kV Trạm chỉnh l-u Biến áp chiếu sáng 35 kV 6 kV GiÕng
Tíi biÕn ¸p khu vùc a/ TBAC 35/ 6kV 35 kV b/ 6 kV T.B.C 380-660V Tíi phơ tải hạ ¸p GiÕng
hình thì có thể định ra phương thức vận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý nhất.
Khi xác định phụ tải tính tốn thường xác định biểu đồ phụ tải ngày điển hình, đó là biểu đồ phụ tải của ngày có lượng điện năng tiêu thụ bằng khoảng lượng điện năng tiêu thụ trung bình trong ngày trong khoảng thời gian khảo sát. Bảng 2.2 số liệu thu thập điện năng tác dụng và điện năng phản kháng tiêu thụ trong 7 ngày đêm liên tục (từ ngày 03/08/2018 đến ngày 09/08/201) của Công ty than Mạo Khê.
Bảng 2.2 Số liệu điện năng tác dụng và điện năng phản kháng trong 7 ngày đêm liên tục của Công ty than Mạo Khê
TT Ngày/tháng/năm AP kWh AQ kVArh 1 03/08/2018 154805 67160 2 04/08/2018 107978 45016 3 05/08/2018 106601 45510 4 06/08/2018 164804 68182 5 07/08/2018 174807 69163 6 08/08/2018 155816 67560 7 09/08/2018 164805 68161 Tổng
Biểu đồ phụ tải ngày điển hình được xây dựng theo chỉ số đồng hồ đo năng lượng tác dụng, năng lượng phản kháng sau từng khoảng thời gian 60 phút trong suốt ngày đêm của nhiều ngày. Từ nhiều biểu đồ ngày đêm sẽ xác định được biểu đồ phụ tải của ngày điển hình. Để làm cơ sở cho việc đánh giá tình trạng sử dụng năng lực trang thiết bị điện hiện tại ở các mỏ sẽ tính tốn cụ thể trên cơ sở biểu đồ phụ tải ngày điển hình.
Như đã trình bày ở trên, trạm biện áp trung gian 35/6kV của Công ty than Mạo Khê vận hành ở chế độ dự phòng nguội (một máy làm việc chính một máy dự phịng nguội). Để đánh giá tình trạng mang tải của máy biến áp làm việc chính, cần đi xây dựng đồ thị phụ tải ngày điển hình dựa trên số liệu điện
năng tiêu thụ trong 7 ngày đêm liên tục khơng có ngày nghỉ lễ đã thu thập được từ Công ty than Mạo Khê.
Xác định ngày phụ tải điển hình:
− Điện năng tác dụng trung bình một ngày đêm là:
𝐴Ptb =𝐴𝑃∑
7 =
7 = 147088 kWh (2.1) − Điện năng phản kháng trung bình trong một ngày đêm là:
𝐴Qtb =𝐴𝑄∑
7 = 430752
7 = 61536 kVArh (2.2)
Bảng 2.3 Số liệu công suất tác dụng và công suất phản kháng của ngày điển hình
Giờ đo P, kW Q, kVAr Giờ đo P, kW Q, kVAr
1 5376 1953 13 6678 3171 2 5313 2352 14 6489 3024 3 6363 2646 15 6006 2352 4 5691 2289 16 3250 1869 5 6006 2562 17 6279 2583 6 7098 3297 18 6573 2940 7 6481 2268 19 5628 2520 8 6969 1260 20 5943 2415 9 8988 3864 21 5077 3233 10 7930 3150 22 5837 2246 11 6279 3961 23 6001 2541 12 5730 1092 24 5103 1948 Tổng P, kW Q, kVAr 147088 61536
Nhận thấy ngày 08/08/2018 có điện năng tác dụng và điện năng phản kháng tiêu thụ trong một ngày đêm gần bằng với điện năng tác dụng trung bình và điện năng phản kháng trung bình đã tính tốn, nên chọn ngày 08/08/2018 là ngày điển hình. Số liệu tiêu thụ điện năng của ngày điển hình được thống kê như bảng 2.3.
Xây dựng chương trình tính tốn và vẽ đồ thị trên Matlab:
% Nhap cong suat tac dung trong ngay dien hinh (kW):
P = [5376 5313 6363 5691 6006 7098 6481 6969 8988 7930 6279 5730 6678 6489 6006 3250 6279 6573 5628 5943 5077 5837 6001 5103];
% Nhap cong suat phan khang trong ngay dien hinh (kVAr):
Q = [1953 2352 2646 2289 2562 3297 2268 1260 3864 3150 3961 1092 3171 3024 2352 1869 2583 2940 2520 2415 3233 2246 2541 1948];
% Nhap cong suat dinh muc cua may bien ap (kVA):
Sdm = 12000;
% Nhap ton hao cong suat ngan mach luc khong tai (kW):
dental_P0 = 11.6;
% Nhap ton hao cong suat ngan mach (kW):
dental_Pn = 50.58;
% Nhap dong dien luc khong tai phan tram cua MBA:
I0 = 0.95;
% Nhap dien ap ngan mach phan tram:
Un = 8.5; disp(' '); T = [0:1:24]; n = length(P); m = length(Q);
disp(' Cong suat trung binh: '); Ptb = sum(P)/24;
Qtb = sum(Q)/24;
Stb = sqrt(Ptb^2 + Qtb^2); costb = Ptb/Stb;
disp([' - Cong suat tac dung trung binh: Ptb = ', num2str(Ptb),' kW']); disp([' - Cong suat phan khang trung binh: Qtb = ', num2str(Qtb),' kVAr']); disp([' - Cong suat bieu kien trung binh: Stb = ', num2str(Stb),' kVA']); disp([' - He so Cosphi trung binh: costb = ', num2str(costb)]); disp(' ');
if n == 24 & m == 24 stairs(T,[P P(n)],'r','LineWidth',2); hold on; stairs(T,[Q Q(n)],'--b','LineWidth',2); plot([0 24],[Ptb Ptb], 'r','LineWidth',2); plot([0 24],[Qtb Qtb], '--b','LineWidth',2);
xlabel('Thoi gian trong ngay dien hinh','fontsize',16);
ylabel('Cong suat P(kW), Q(kVAr) tieu thu trong ngay dien hinh','fontsize',16); grid on;
axis([0 25 0 max(P)+10]);
disp(' Cong suat trung binh binh phuong: '); Ptbbp = sqrt(sum(P.^2)/24);
Qtbbp = sqrt(sum(Q.^2)/24);
disp([' - Cong suat tac dung trung binh binh phuong: Ptbbp = ', num2str(Ptbbp),' kW']); disp([' - Cong suat phan khang trung binh binh phuong: Qtbbp = ', num2str(Qtbbp),' kVAr']); disp(' ');
disp(' He so hinh dang: '); K_hdP = Ptbbp/Ptb; K_hdQ = Qtbbp/Qtb;
disp([' - He so hinh dang cong suat tac dung: K_hdP = ', num2str(K_hdP)]); disp([' - He so hinh dang cong suat phan khang: K_hdQ = ', num2str(K_hdQ)]); disp(' ');
K_dk = Ptb/max(P);
disp([' He so dien kin: K_dk = ', num2str(K_dk)]); disp(' ');
K_cd = max(P)/Ptb;
disp([' He so cuc dai: K_cd = ', num2str(K_cd)]); disp(' ');
K_sd = Ptb/(Sdm*costb);
disp([' He so su dung: K_sd = ', num2str(K_sd)]); disp(' ');
Ptt = K_hdP * Ptb; Qtt = K_hdQ * Qtb; Stt = sqrt(Ptt^2 + Qtt^2);
disp([' - Cong suat tac dung tinh toan: Ptt = ', num2str(Ptt),' kW']); disp([' - Cong suat phan khang tinh toan: Qtt = ', num2str(Qtt),' kVAr']); disp([' - Cong suat bieu kien tinh toan: Stt = ', num2str(Stt),' kVA']); disp(' ');
Kmt = Stt/Sdm;
disp([' He so mang tai cua MBA: Kmt = ', num2str(Kmt)]); disp(' ');
K_kt = 0.1;
Kmt_kt = sqrt((dental_P0 + K_kt*I0*Sdm/100)/(dental_Pn + K_kt*Un*Sdm/100)); disp([' He so mang tai kinh te: Kmt_kt = ', num2str(Kmt_kt)]);
disp(' ');
Kmt_tt = Stt/(Sdm*(1 + 0.3*(1 - K_dk)));
disp([' He so mang tai thuc te: Kmt_tt = ', num2str(Kmt_tt)]); else
disp(' Ban nhap thong so cua P hoac Q chua dung,... Nhap lai....'); end
Kết quả tính tốn và đồ thị như sau:
Cong suat trung binh:
- Cong suat tac dung trung binh: Ptb = 6128.6667 kW - Cong suat phan khang trung binh: Qtb = 2564 kVAr - Cong suat bieu kien trung binh: Stb = 6643.3915 kVA - He so Cosphi trung binh: costb = 0.92252
Cong suat trung binh binh phuong:
- Cong suat tac dung trung binh binh phuong: Ptbbp = 6217.6382 kW - Cong suat phan khang trung binh binh phuong: Qtbbp = 2653.2888 kVAr He so hinh dang:
- He so hinh dang cong suat tac dung: KhdP = 1.0145 - He so hinh dang cong suat phan khang: KhdQ = 1.0348 He so dien kin: Kdk = 0.68187
He so su dung: Ksd = 0.55362 Phu tai tinh toan:
- Cong suat tac dung tinh toan: Ptt = 6217.6382 kW - Cong suat phan khang tinh toan: Qtt = 2653.2888 kVAr - Cong suat bieu kien tinh toan: Stt = 6760.101 kVA He so mang tai cua MBA: Kmt = 0.56334
He so mang tai kinh te: Kmt_kt = 0.48825 He so mang tai thuc te: Kmt_tt = 0.51426
Đồ thị phụ tải ngày điển hình được vẽ như hình 2.3.
Hình 2.3 Đồ thị phụ tải ngày điển hình của Cơng ty than Mạo Khê
Qua các kết quả tính tốn trên có thể rút ra một số nhận xét như sau: - Đồ thị phụ tải khơng bằng phẳng, hệ số hình dáng theo cơng suất tác dụng và công suất phản kháng là 1,01 và 1,03. Điều này chứng tỏ Cơng ty vẫn chưa có tổ chức sản xuất theo thời gian một cách phù hợp, chưa tận dụng được khả năng làm việc tối đa của các thiết bị;
- Hệ số cơng suất trung bình của Cơng ty khá cao, mang lại lợi ích về kinh tế và kỹ thuật;
- Hệ số mang tải thực tế của máy biến áp làm việc chính xấp xỉ so với hệ số mang tải kinh tế của máy biến áp. Điều này chứng tỏ Công ty đã có sự sắp xếp phù hợp để vận hành kinh tế máy biến áp, giảm thiểu tổn thất điện năng trong máy biến áp khi làm việc.
2.3. Khảo sát và đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng điện áp lưới điện 6kV của Công ty than Mạo Khê
Trên cơ sở các phân tích đã thực hiện ở chương 1, có thể thấy chất lượng điện áp là vấn đề đang được quan tâm rất nhiều ở Việt Nam và thế giới. Với quy mô lưới điện trung áp 6kV của mỏ hầm lò, các vấn đề chủ yếu về điện áp cần được quan tâm nhất đó là:
+ Độ lệch điện áp và tổn hao điện áp tính tới các phụ tải nằm cuối các khởi hành;
+ Sóng hài điện áp và dịng điện.
Dưới đây là những khảo sát và đánh giá các chỉ tiêu cần được quan tâm về chất lượng điện áp trong lưới điện trung áp 6kV của mỏ than Mạo Khê.
2.3.1. Đánh giá chỉ tiêu độ lệch điện áp ở chế độ tĩnh
1. Khái quát chung
Như đã phân tích ở chương 1, độ lệch điện áp phụ thuộc vào các yếu tố như: Cấu trúc lưới, thơng số các phần tử chính trong khâu truyền tải (đường dây, máy biến áp), phụ thuộc vào điện áp nguồn, đặc điểm của phụ tải,…
Với lưới điện trung áp của Việt Nam, khoản a điều 15 Nghị định 137/2013/NĐ-CP của chính phủ quy định về chất lượng điện áp của lưới trung
áp như sau: Trong điều kiện làm việc bình thường, độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ±5% so với điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại
vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận. Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, độ lệch điện áp cho phép từ (-10 ÷ +5)%.
Nếu độ lệch điện áp trong mạng điện quá lớn, vượt quá giá trị cho phép sẽ ảnh hưởng lớn đến sự làm việc bình thường của các thiết bị, làm giảm hiệu quả của q trình sản xuất, kinh doanh.
2. Mơ phỏng đánh giá chỉ tiêu độ lệch điện áp ở chế độ tĩnh trong mạng điện 6kV của Công ty than Mạo Khê bằng phần mềm Neplan 5.5.3
Hiện nay có rất nhiều phần mềm như: PSS/Adep, Ecodial, Neplan,… có thể giúp chúng ta xác định được những thông số của lưới điện ở chế độ xác lập như: điện áp tại các nút, tổn hao điện áp trên các phần tử, công suất tác dụng, công suất phản kháng,… Nhờ sự trợ giúp của các phần mềm này mà việc đi tìm những thơng số của mạng điện trở nên nhanh chóng dễ dàng và cho độ chính xác cao, đặc biệt là đối với những mạng điện phức tạp như các mạng điện trong khu vực mỏ hầm lò.
Trong các phần mềm trên, Neplan là một trong những phần mềm mạnh mẽ với nhiều module để giải các bài toán trong lưới điện từ cao áp đến hạ áp. Phần mềm này phép hiển thị kết quả rõ ràng với độ chính xác cao và giao diện ưu nhìn. Hiện nay, Neplan là một trong những phần mềm được các chuyên gia sử dụng rộng rãi để giải quyết các bài toán về lưới điện cả trong thực tế lẫn nghiên cứu khoa học.
Sau đây, để khảo sát đánh giá độ lệch điện áp và tổn hao điện áp trong lưới điện trung áp 6kV của Công ty than Mạo Khê ở chế độ tĩnh, từ các thơng số đặc trưng đã tính tốn ở đồ thị phụ tải ngày điển hình của trạm biến áp chính của Cơng ty, tác giả sử dụng phần mềm Neplan 5.5.3 để mơ phỏng tính tốn các thơng số của lưới điện ở chế độ xác lập ứng với các thời gian làm việc khác nhau trong ngày (giờ cao điểm, giờ trung điểm và giờ thấp điểm). Hình 2.4 là sơ đồ mô phỏng lưới điện trung áp 6kV của Công ty than Mạo Khê.
Kết quả mô phỏng ứng với các giờ thấp điểm, trung điểm, cao điểm được tổng hợp ở bảng 2.4.
Hình 2. 4 Sơ đồ mô phỏng lưới điện 6kV Công ty than Mạo Khê
bằng phần mềm Neplan 5.5.3
Bảng 2.4 Kết quả tổng hợp độ lệch điện áp trong mạng điện 6kV của Công ty than Mạo Khê ở các thời điểm làm việc khác nhau
STT ID Name node
Thấp điểm Trung điểm Cao điểm
U kV U % dU % U kV U % dU % U kV U % dU % 1 176753 B1 5.994 99.9 0.1 5.993 99.88 0.12 5.988 99.81 0.19 2 176757 B2 5.905 98.42 1.58 5.871 97.85 2.15 5.718 95.3 4.7 3 177897 N1 5.899 98.32 1.68 5.864 97.73 2.27 5.707 95.12 4.88 4 177017 N10 5.899 98.32 1.68 5.865 97.75 2.25 5.708 95.13 4.87 5 176919 N11 5.898 98.3 1.7 5.864 97.73 2.27 5.697 93.94 6.06 6 176920 N12 5.897 98.28 1.72 5.863 97.71 2.29 5.695 93.91 6.09 7 177168 N13 5.901 98.35 1.65 5.866 97.77 2.23 5.71 95.17 4.83 8 177240 N14 5.902 98.37 1.63 5.868 97.79 2.21 5.713 95.21 4.79 9 177302 N15 5.896 98.26 1.74 5.861 97.68 2.32 5.699 93.99 6.01 10 177058 N16 5.865 97.75 2.25 5.829 97.15 2.85 5.654 93.23 6.77 11 177059 N17 5.865 97.74 2.26 5.829 97.14 2.86 5.653 93.21 6.79 12 176965 N18 5.897 98.28 1.72 5.862 97.7 2.3 5.693 93.88 6.12 13 176966 N19 5.896 98.27 1.73 5.862 97.7 2.3 5.693 93.88 6.12 14 176858 N2 5.900 98.34 1.66 5.865 97.75 2.25 5.709 95.14 4.86 15 177946 N20 5.900 98.34 1.66 5.865 97.75 2.25 5.709 95.15 4.85 16 177947 N21 5.900 98.34 1.66 5.865 97.75 2.25 5.709 95.15 4.85 17 177343 N22 5.895 98.25 1.75 5.860 97.67 2.33 5.698 93.97 6.03 18 177344 N23 5.895 98.25 1.75 5.860 97.67 2.33 5.698 93.97 6.03 19 177463 N24 5.845 97.41 2.59 5.803 96.72 3.28 5.608 92.46 7.54 20 177464 N25 5.844 97.4 2.6 5.803 96.71 3.29 5.608 92.46 7.54 21 176863 N3 5.900 98.33 1.67 5.865 97.75 2.25 5.708 95.14 4.86 22 176862 N4 5.899 98.32 1.68 5.864 97.73 2.27 5.707 95.11 4.89 23 177606 N5 5.894 98.23 1.77 5.856 97.6 2.4 5.697 93.95 6.05 24 176979 N7 5.901 98.35 1.65 5.866 97.76 2.24 5.71 95.17 4.83 25 176982 N8 5.890 98.17 1.83 5.852 97.53 2.47 5.691 93.85 6.15 26 177016 N9 5.900 98.33 1.67 5.865 97.76 2.24 5.709 95.15 4.85 27 176747 TC6kV_PD1 5.904 98.39 1.61 5.869 97.82 2.18 5.715 95.25 4.75 28 176745 TC6kV_PD2 5.901 98.36 1.64 5.867 97.78 2.22 5.711 95.18 4.82
Từ các kết quả mô phỏng ở bảng 2.4 nhận thấy, ở giờ trung điểm và giờ thấp điểm đa số chất lượng điện áp ở các nút trong mạng là đảm bảo, nhưng ở
giờ cao điểm độ lệch điện áp tại một số nút trong mạng điện vượt quá quy định cho phép (5%).
Việc độ lệch điện áp của mạng điện lớn vượt quá quy định cho phép sẽ làm ảnh hưởng lớn đến năng suất làm việc của các thiết bị cũng như hiệu quả sản xuất của xí nghiệp, do vậy cần có biện pháp để khắc phục.
2.3.2. Đánh giá các chỉ tiêu về sóng hài
1. Khái quát chung
Như đã phân tích ở chương 1, theo tiêu chuẩn Châu Âu và Hội đồng điện thế giới, tổng độ méo sóng hài dịng điện khơng được phép vượt q 5% [26]. Nếu sóng hài dịng điện vượt quá giá trị cho phép sẽ gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tới sự làm việc bình thường và tuổi thọ của các thiết bị điện, có thể làm xuất hiện hiện tượng cộng hưởng điện áp gây phá hủy cách điện hay gây đứt dây cầu chì trong các bộ tụ bù cơng suất phản kháng.
Nguồn gây ra sóng hài dịng điện chủ yếu là do các thiết bị biến đổi điện tử cơng suất hay cịn được gọi là các tải phi tuyến hoặc khi các máy biến áp làm việc với mạch từ ở chế độ quá bão hoà từ.
Trong mạng điện 6kV của Công ty than Mạo Khê, để nâng cao hiệu quả làm việc của các thiết bị điện, Công ty đã trang bị 14 các bộ khởi động mềm phục vụ cho quá trình khởi động các động cơ có cơng suất lớn: Động cơ bơm, động cơ quạt gió, động cơ băng tải giếng chính. Và 2 bộ biến tần phục vụ cho khởi động động cơ quạt gió đặt tại mức +120. Thơng số kỹ thuật chi tiết của các bộ khởi động mềm như bảng 2.5, sơ đồ cấu trúc đơn giản như hình 2.9.
Bảng 2.5 Thơng số kỹ thuật chi tiết của các bộ khởi động mềm trong lưới điện 6kV của Công ty than Mạo Khê