CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY
3.1 VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN
3.1.1 Xác định điện áp truyền tải từ hệ thống về xí nghiệp
Điện áp định mức của nguồn cung cấp là 22 kV nên chọn cấp điện áp truyền tải từ hệ thống về xí nghiệp là cấp 22 kV
3.1.2 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng 3.1.2.1 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng 3.1.2.1 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng
a. Phương án sử dụng sơ đồ dẫn sâu
Đưa đường dây trung áp 22 kV vào sâu trong nhà máy đến tận các trạm biến áp phân xưởng. Nhờ đưa trực tiếp điện áp cao vào các trạm biến áp phân xưởng nên giảm được vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm, giảm được tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải của mạng. Tuy nhiên nhược điểm của sơ đồ này là độ tin cậy cung cấp điện không cao, các thiết bị sử dụng trong sơ đồ có giá thành đắt và u cầu trình độ vận hành phải cao. Ở đây ta không xét phương án này
b. Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG)
Nguồn 22 kV từ hệ thống qua TBATG được hạ xuống điện áp 10 kV để cung cấp cho các TBA phân xường, nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhà máy cũng như các TBA phân xưởng, vân hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng được cải thiện. Song phải đầu tư để xây dựng TBATG, gia tăng tổn thất trong mạng cao áp. Vì nhà máy được xếp là phụ tải loại I nên trong TBATG đặt 2 MBA. Dung lượng của MBA được chọn theo điều kiện:
n.khc.SđmB ≥ Sttnm
Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA (trong trạm có nhiều hơn một MBA) (n-1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc
Trong đó:
29 + khc là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường và chọn khc = 1
+ kqt là hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thỏa mãn điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 3 ngày, mỗi ngày không quá 6 giờ và trước khi quá tải hệ số tải của MBA không quá 0,9
+ Sttnm là cơng suất tính tốn của nhà máy
+ Sttsc là cơng suất tính tốn sự cố với giả thiết khi sự cố một số phụ tải không quan trọng trong nhà máy có thể cắt nhằm giảm nhẹ dung lượng của MBA, nhờ vậy có thể giảm được vốn đầu tư và tổn thất của TBA khi làm việc bình thường. Giả thiết trong phân xưởng có 30% là phụ tải loại III thì Sttsc=0,7Sttnm.
n.SđmB ≥ Sttnm = 13010,32 kVA Với n = 2 ta có: SđmB ≥ 13010,32 6505,16 2 2 tt S kVA
Chọn loại máy biến áp có Sđm = 7500 kVA
Kiểm tra điều kiện quá tải sự cố với giả thiết trong nhà máy có 30% là phụ tải loại III, như vậy Sttsc = 0,7.Sttnm. Điều kiện kiểm tra:
(n-1).kqt. SđmB ≥ Sttsc = 0,7.Sttnm
1. 1,4. 7500 ≥ 0,7. 13010,32 10500 ≥ 9107,24 thỏa mãn
Vậy loại MBA đã chọn là thỏa mãn, ta đặt 2 MBA loại 7500 kVA- 22/10kV do Việt Nam chế tạo.
c. 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 (TPPTT) nhờ vậy việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp của nhà máy sẽ thuận lợi hơn, tổn thất trong mạng giảm, độ tin cậy của mạng gia tăng song vốn đầu tư xây dựng mạng cũng lớn. Trong thực tế phương án này chỉ sử dụng khi điện áp nguồn không cao (≤ 35 kV), công suất các phân xưởng tương đối lớn.
3.1.2.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm
Dựa vào kết quả đã tính được ở chương hai, tâm phụ tải của nhà máy có tọa độ M(72,1; 36,4). Theo lý thuyết đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm vào vị trí tâm phụ tải của nhà máy là tốt nhất về mặt kĩ thuật. Tuy nhiên theo sơ đồ mặt bằng, tâm phụ tải của nhà máy lại rơi vào không gian làm việc của phân xưởng lắp ráp số 3, do đó ta đặt TBATG hoặc TPPTT ở vị trí gần tâm phụ tải của nhà máy để TBATG hoặc TPPTT chung tường với phân xưởng.
30
3.1.2.3 Lựa chọn các phương án nối dây của mạng cao áp
Nhà máy thuộc phụ tải loại I nên dây dẫn từ trạm biến áp trung gian của hệ thống về TBATG hoặc TPPTT của nhà máy sẽ dùng đường dây lộ kép, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy ta sử dụng sơ đồ hình tia, lộ kép. Sơ đồ này có ưu điểm là sơ đồ nối dây rõ ràng, độ tin cậy cung cấp điện cao, dễ dàng vận hành và thực hiện các biện pháp bảo vệ. Để đảm bảo mỹ quan và an toàn, ta dùng cáp ngầm.
3.1.3 Chi tiết các phương án về các trạm biến áp phân xưởng
Các trạm biến áp (TBA) được chọn theo các nguyên tắc sau:
- Vị trí đặt các trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp, an toàn và kinh tế - Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được chọn căn cứ theo yêu cầu cung cấp điện của phụ tải, điều kiện vận chuyển và lắp đăt, chế độ làm việc của phụ tải. Các TBA cung cấp điện cho phụ tải loại I và loại II nên đặt hai MBA, phụ tải loại III đặt một máy biến áp.
- Hạn chế chủng loại máy biến áp dùng cho nhà máy để thuận lợi khi mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa và kiểm tra định kỳ.
Dung lượng của các MBA được chọn theo điều kiện: n.khc.SđmB ≥ Stt (kVA)
Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA (trong trạm có nhiều hơn một MBA) (n-1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc (kVA)
Trong đó:
+ n là số MBA có trong TBA
+ khc là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ở đây khc = 1 + kqt là hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thỏa mãn điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 3 ngày, mỗi ngày không quá 6 giờ và trước khi quá tải hệ số tải của MBA không quá 0,9
+ Stt là cơng suất tính tốn của phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng
+ Sttsc là cơng suất tính tốn sự cố với giả thiết khi sự cố một số phụ tải khơng quan trọng trong phân xưởng có thể cắt nhằm giảm nhẹ dung lượng của MBA, nhờ vậy có thể giảm được vốn đầu tư và tổn thất của TBA khi làm việc bình thường. Giả thiết trong phân xưởng có 30% là phụ tải loại III thì Sttsc=0,7Sttpx.
3.1.3.1 Xác định số lượng máy biến áp phân xưởng
Chọn số lượng máy biến áp (MBA) cho các trạm chính cũng như TBAPX có ý nghĩa quan trọng đối với việc xây dựng một sơ đồ cung cấp điện hợp lý.
Kinh nghiệm tính tốn và vận hành cho thấy là trong một TBA chỉ cần đặt một MBA là tốt nhất, khi cần thiết có thể đặt hai máy, khơng nên đặt q hai máy. Trạm một máy biến áp có ưu điểm là tiết kiệm đất đai, vận hành đơn giản trong hầu hết các trường hợp có chi phí tính tốn hàng năm nhỏ nhất nhưng có nhược điểm mức
31 đảm bảo cung cấp điện khơng cao. Trạm hai MBA thường có lợi về kinh tế hơn so với các trạm ba máy và lớn hơn.
Khi chọn MBA ta chọn sao cho chủng loại MBA càng ít càng tốt. Đồng thời để chọn đúng số lượng MBA cần phải xét đến độ tin cậy cung cấp điện. Đối với phụ tải loại I, cần đặt 2 MBA cho TBAPX đó. Với Phụ tải loại III chỉ cần đặt 1 MBA cho TBAPX đó.
Căn cứ vào vị trí, cơng suất tính tốn và u cầu độ tin cậy cung cấp điện của các PX ta đưa ra 2 phương án chọn số lượng TBA như sau:
Phương án Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ tải
1 B1 2 PX1 I B2 2 PX2 I B3 2 PX3 PX9 I III B4 2 PX4 I B5 2 PX5 PX7 I III B6 2 PX6 I B7 2 PX8 I 2 B1 2 PX1 I B2 2 PX2 I B3 2 PX3 I B4 2 PX4 I B5 2 PX5 PX7 I III B6 2 PX6 I B7 2 PX7 I B8 1 PX9 III
Bảng 3-1: các phương án chọn số lượng máy biến áp
3.1.3.2 Xác định dung lượng các trạm biến áp phân xưởng a. Phương án 1: Đặt 7 TBA
- Trạm biến áp B1: Cấp điện cho PX luyện gang Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 3473,5
1736, 75kVA
2 2
32 Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 1800 ≥ 0,7. 3473,5 2520 ≥ 2431 thỏa mãn
- Trạm biến áp B2: Cấp điện cho PX lò Martin Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 3035,3
1517,65kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 1800 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 1800 ≥ 0,7. 3035,3 2520 ≥ 2124,7 thỏa mãn
- Trạm biến áp B3: Cấp điện cho PX cán phôi tấm và Ban quản lý- PTN Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1988, 48
994, 24kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 400 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 1000 ≥ 0,7. 1988,48 1400 ≥ 1391,8 thỏa mãn
- Trạm biến áp B4: Cấp điện cho PX cán nóng Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA: SđmB ≥Stt 2369,14
1184,57kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 1250 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 1250 ≥ 0,7. 2369,14 1750 ≥ 1656,39 thỏa mãn
- Trạm biến áp B5: Cấp điện PX cán nguội và PX SCCK Đặt 2 MBA làm việc song song
33 SđmB ≥Stt 2751,87
1375,94kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 1800 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 1800 ≥ 0,7. 2751,87 2520 ≥ 1926,31 thỏa mãn
- Trạm biến áp B6: Cấp điện PX tôn Đặt 2 MBA làm việc song song Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1832, 67
916,33kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 1000 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 1000 ≥ 0,7. 1832,67 1400 ≥ 1282,87 thỏa mãn
- Trạm biến áp B7: Cấp điện Trạm bơm Đặt 2 MBA làm việc song song:
Chọn dung lượng MBA: SđmB ≥Stt 868,5
434, 25kVA 2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 560 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4. 560 ≥ 0,7. 868,5 784 ≥ 607,95 thỏa mãn
1. Phương án 2: Đặt 8 TBA
- Trạm biến áp B1, B2, B4, B5, B6, B7, như phương án 1 - Trạm biến áp B3: Cấp điện cho PX máy cán phôi tấm Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBAPX B3: SđmB ≥Stt 1676,5
838, 25kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 1000 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1). khc. kqt. SđmB ≥ Sttsc =0,7 Stt
1. 1,4.1000 ≥ 0,7. 1676,5 1400 ≥ 1173,55 thỏa mãn
34 - Trạm biến áp B8: Cấp điện cho Ban quản lý và Phịng thí nghiệm
Đặt 1 MBA
Chọn dung lượng MBA: SđmB ≥Stt 311,98kVA
Chọn dùng MBA có Sđm = 320 kVA
3.1.3.3 Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng
Các TBA cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến cơng trình khác.
Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc tồn bộ phân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành và bảo quản thuận lợi song về mặt an tồn khi có sự cố trong trạm hoặc phân xưởng không cao.
Các TBA dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt ở gần tâm phụ tải, nhờ vậy có thể đưa điện áp cao đến gần phụ tải và rút ngắn khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp của nhà máy cũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phí và tổn thất.
Ở đây ta sẽ sử dụng loại trạm xây, đặt gần tâm phụ tải, gần các trục giao thông trong nhà máy.
3.1.4 Kết luận 4 phương án thiết kế
Từ những phân tích trên ta có thể đưa ra 4 phương án đi dây mạng cao áp: - PA1: sử dụng TBATT 22/10 kV, cáp 10 kV, 7 TBAPX 10/0,4 kV
- PA2: sử dụng TBATT 22/10 kV, cáp 10 kV, 8 TBAPX 10/0,4 kV - PA3: sử dụng TPPTT 22/10 kV, cáp 22 kV, 8 TBAPX 22/0,4 kV - PA4: sử dụng TPPTT 22/10 kV, cáp 22 kV, 7 TBAPX 22/0,4 kV
3.2 TÍNH TỐN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN
Để so sánh kinh tế tương đối giữa các phương án ta dùng hàm chi phí tính tốn: Z = (avh + atc).K + c.∆A đồng
Trong đó:
+ avh: hệ số vận hành, với trạm và đường cáp lấy avh = 0,1; với đường dây trên không lấy avh = 0,04.
+ atc : hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, thường lấy atc= 0,2. + K: vốn đầu tư
+ c: giá tiền 1 kWh điện năng, lấy trung bình c = 1500 đ/kWh. + ∆A: tổn thất điện năng
3.2.1 Phương án thiết kế 1 ( PA1)
35 TBATG nhận điện 22 kV từ hệ thống về, hạ xuống điện áp 10 kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng. Các trạm biến áp phân xưởng hạ điện áp 10 kV xuống 0,4 kV cung cấp cho các thiết bị trong nhà máy.
Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế phương án 1
3.2.1.1 Xác định tổn thất điện năng ∆A trong các TBA
Công suất các MBA đã chọn ở mục 3.1.3, tra catalogue và bảng báo giá máy biến áp của công ty thiết bị điện Đơng Anh ta có bảng kết quả chọn MBA cho các TBAPX của phương án 1.
Tên trạm (kVA) Sđm Uc/Uh (kV) ∆P0 (kW) ∆PN (kW) Số máy Đơn giá (106 đ) Thành tiền (106đ) TBATG 7500 22/10 8,5 50 2 1233,7 2467,4 B1 1800 10/0,4 2,42 19,3 2 474 948 B2 1800 10/0,4 2,42 19,3 2 474 948 B3 1000 10/0,4 1,8 11 2 263,3 526,6 B4 1250 10/0,4 1,9 14 2 142,5 285 B5 1800 10/0,4 2,42 19,3 2 474 948 B6 1000 10/0,4 1,8 11 2 263,3 526,6 B7 560 10/0,4 0,94 5,21 2 135 270
Tổng vốn đầu tư cho TBA: KB = 6918,78.106 đ
Bảng 3.2: Kết quả chọn MBA cho phương án 1
1 2 8 6 7 5 4 3 9 T? h? th?ng d?n Từ hệ thống đến
36 Tổn thất điện năng ∆A trong các TBA:
∆A = n.∆P0.t + 1 n.∆PN. 2 tt dmB S S .τ kWh (3.1) Trong đó:
+ n: số MBA ghép song song
+ t: thời gian MBA vận hành, t= 8760h + τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất
τ = (0,124 + Tmax.10-4
)2. 8760 Nhà máy làm việc 3 ca, Tmax= 4000h, ta có
τ = (0,124 + 4000.10-4)2. 8760 = 2886,21h Tính tổn thất điện năng trong các TBA.
- Trạm BA TG: ∆A = 2. 8,5. 8760 + 1 2.50. 2 13010,32 ( ) 7500 .2886,21 = 366,04 MWh
- Các TBA khác tính tương tự kết quả trong bảng
Bảng 3.3: Bảng kết quả tính tổn thất điện năng trong trạm biến áp
3.2.1.2 Chọn dây dẫn, xác định tổn thất điện năng trong mạng điện a. Chọn cáp từ TBATG về các TBAPX:
- Cáp từ TBATG về các TBAPX là lộ kép, có Uđm =10 kV > 1 kV và nhà máy làm việc 3 ca có Tmax lớn ( Tmax = 4000 h ) nên chọn cáp theo điều kiện Jkt :
- Tiết diện kinh tế của cáp: