CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY
3.1.2 Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng
3.1.2.1 Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG)
Nguồn 22 kV từ hệ thống qua TBATG được hạ xuống điện áp 10 k để cung cấp cho các TBA phân xường, nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư cho mạng điện cao áp t ong nhà máy cũng như các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợi hơn à 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. ì nhà máy được xếp là phụ tải loại I nên t ong 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
T ong đó:
n: số MBA có trong TBA
khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi t ường và chọn khc = 1
kqt: hệ số quá tải sự cố, chọn kqt = 1,4
Sttnm: cơng suất tính tốn của nhà máy.
Sttsc: 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 à tổn thất của TBA khi làm việc ình thường. Ta thấy phân xưởng có 30% là phụ tải loại III nên Sttsc=0,7Sttnm.
n.SđmB ≥ Sttnm = 18480kVA TBATG sử dụng 2 MBA, n=2 nên:
SđmB ≥ 18480 9240
2 2
tt S
kVA
Chọn loại máy biến áp có Sđm = 10000 kVA
Kiểm t a điều kiện quá tải sự cố với giả thiết trong nhà máy có 30% là phụ tải loại III, như ậy Sttsc = 0,7.Sttnm. Điều kiện kiểm tra:
(n-1).kqt. SđmB ≥ Sttsc = 0,7.Sttnm 1. 1,4. 10000≥ 0,7. 18480 14000≥12936 (thỏa mãn)
Vậy loại MBA đã chọn là thỏa mãn, ta đặt 2 MBA loại 10000 kVA- 22/10kV do Việt Nam chế tạo.
3.1.2.2 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 k ), công suất các phân xưởng tương đối lớn.
Dựa vào kết quả đã tính được ở chương hai, tâm phụ tải của nhà máy có tọa độ M(45,44 ; 40,75). Ta sẽ đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm vào vị trí tâm phụ tải của nhà máy để giảm tổn thất và giảm vốn đầu tư mua cáp cao áp.
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 t ong 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 t a 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)
T ong đó:
n: số MBA có trong TBA
khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi t ường, ở đây khc = 1
kqt: 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 à t ước khi quá tải hệ số tải của MBA khơng q 0,9.
Stt: cơng suất tính tốn của phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng
TBA khi làm việc ình thường. Giả thiết t ong 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 t ọng 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 quá hai máy. Trạm một máy biến áp có ưu điểm là tiết kiệm đất đai, ận hành đơn giản trong hầu hết các t ường hợp có chi phí tính tốn hàng năm nhỏ nhất nhưng có nhược điểm mức đảm bảo cung cấp điện không cao. Trạm hai MBA thường có lợi về kinh tế hơn so ới 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. ới Phụ tải loại III chỉ cần đặt 1 MBA cho TBAPX đó à nếu phụ tải phân xưởng tương đối nhỏ ta có thể cung cấp điện qua TBA của một phân xưởng khác để tiết kiệm chi phí đầu tư TBAPX.
Căn cứ vào vị trí, cơng suất tính tốn và yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các PX ta đưa a 2 phương án chọn số lượng TBA như sau:
Bảng 3.1: Các phương án chọn số lượng máy biến áp
Phương án STT Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ tải 1 1 B1 1 PX1 III 2 B2 2 PX2 PX12 I III 3 B3 2 PX3 I 4 B4 2 PX4 I 5 B5 2 PX5 I 6 B6 2 PX6 I 7 B7 1 PX7 III 8 B8 2 PX8 I 9 B9 2 PX9 I 10 B10 1 PX10 III 11 B11 2 PX11 I 2 1 B1 2 PX1 PX8 III I 2 B2 2 PX2 I
PX12 III 3 B3 2 PX3 I 4 B4 2 PX4 I 5 B5 2 PX5 PX7 I III 6 B6 2 PX6 I 7 B7 2 PX8 I 8 B8 1 PX10 III 9 B9 2 PX11 I
3.1.3.2 Xác định dung lượng các trạm biến áp phân xưởng
a. Phương án 1: Đặt 11 TBA
– Trạm biến áp phân xưởng B1: Cấp điện cho phòng ban quản lý và phòng thiết kế
Đây là phụ tải loại 3 nên ta đặt 1 MBA. Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥ Stt = 206,42 kVA Chọn dùng MBA có Sđm = 250 kVA
– Trạm biến áp B2: Cấp điện cho PX đúc và Kho vật liệu Đặt 2 MBA làm việc song song
Stt= 2 2
1 2 1 2
(Ptt Ptt ) (Qtt Qtt ) = 2 2
(946, 02 65, 43) (918 22,5) 1381,1 kVA
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1381,1
690,5kVA 2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 750 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc=0,7 Stt 1. 1,4. 750 ≥ 0,7. 1381,1 1050 ≥ 966,7 (thỏa mãn)
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 3632,93
1816, 4kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 2000 kVA Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc=0,7 Stt 1. 1,4. 2000 ≥ 0,7. 3632,93 2800 ≥ 2543,1(thỏa mãn)
– Trạm biến áp B4: Cấp điện cho PX cơ lắp ráp Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1959,11
979,55kVA
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. 1959,11 1400 ≥ 1371,4(thỏa mãn)
– Trạm biến áp B5: Cấp điện PX luyện kim màu Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1617, 22
808,61kVA
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. 1617,22 1400 ≥ 1132,1(thỏa mãn)
Đặt 2 MBA làm việc song song Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 2218, 48
1109, 24 kVA
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. 2218,48 1750 ≥ 1552,9(thỏa mãn)
– Trạm biến áp B7: Cấp điện PX sửa chữa cơ khí Phụ tải loại 3 nên đặt 1 MBA
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 159,92kVA Chọn dùng MBA có Sđm = 180 kVA
– Trạm biến áp B8: Cấp điện PX rèn dập Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1773,83
886,9 kVA
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. 1773,83 1400 ≥ 1241,7 (thỏa mãn)
– Trạm biến áp B9: Cấp điện PX nhiệt luyện Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 3084, 42
1542, 21kVA
Điều kiện kiểm tra quá tải sự cố MBA:
(n-1).khc.kqt.SđmB ≥ Sttsc=0,7 Stt 1. 1,4. 1600 ≥ 0,7. 3048,42 2240 ≥ 2133,89 (thỏa mãn)
– Trạm biến áp B10: Cấp điện PX nén khí Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 1476,18
738,1kVA
2 2
Chọn dùng MBA có Sđm = 750 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. 1476,18 1050 ≥ 1033,32 (thỏa mãn)
– Trạm biến áp B11: Cấp điện Trạm ơm Đặt 2 MBA làm việc song song
Chọn dung lượng MBA:
SđmB ≥Stt 807,8
403,9 kVA 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. 807,8 784 ≥ 565,4 (thỏa mãn) Tổng hợp kết quả ta có bảng sau:
Bảng 3.2: Dung lượng các MBA trong TBAPX của phương án 1
STT Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ tải Stt (kVA) SđmB (kVA) 1 B1 1 PX1 III 206,42 250 2 B2 2 PX2 PX12 I III 1381,1 750
3 B3 2 PX3 I 3632,93 2000 4 B4 2 PX4 I 1959,11 1000 5 B5 2 PX5 I 1617,22 1000 6 B6 2 PX6 I 2218,48 1250 7 B7 1 PX7 III 159,92 180 8 B8 2 PX8 I 1773,83 1000 9 B9 2 PX9 I 3084,42 1600 10 B10 1 PX10 III 1476,18 750 11 B11 2 PX11 I 807,8 560 b. Phương án 2: Đặt 9 TBA
Tính tốn tương tự phương án 1 ta có ảng kết quả:
Bảng 3.3: Dung lượng các MBA trong TBAPX của phương án 2
STT Tên Trạm Số MBA Phụ tải Loại phụ tải Stt (kVA) SđmB (kVA) 1 B1 2 PX1 PX8 III I 1955,2 1000 2 B2 2 PX2 PX12 I III 1381,1 750 3 B3 2 PX3 I 3632,93 2000 4 B4 2 PX4 I 1959,11 1000 5 B5 2 PX5 PX7 I III 1773,1 1000 6 B6 2 PX6 I 2218,48 1250 7 B7 2 PX9 I 3084,42 1600 8 B8 1 PX10 III 1476,18 750 9 B9 2 PX11 I 807,6 560
3.1.3.3 Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng
Các TBA cung cấp điện cho một phân xưởng 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.
Các TBA dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt ở gần tâm phụ tải, và tốt nhất nếu có thể nằm t ên đường nối tâm nhà máy với tâm phân xưởng, 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.
3.1.4 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 õ àng, 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.
3.1.5 Kết luận 4 phương án thiết kế
Từ những phân tích trên ta có thể đưa a 4 phương án đi dây mạng cao áp:
– PA1: sử dụng TBATT 22/10 kV, cáp 10 kV, 11 TBAPX 10/0,4 kV
– PA2: sử dụng TBATT 22/10 kV, cáp 10 kV, 9 TBAPX 10/0,4 kV
– PA3: sử dụng TPPTT 22/10 kV, cáp 22 kV, 11 TBAPX 22/0,4 kV
– PA4: sử dụng TPPTT 22/10 kV, cáp 22 kV, 9 TBAPX 22/0,4 kV Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của 4 phương án thiết kế:
3.2 TÍNH TỐN KINH TẾ K 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)
T ong đó:
avh: hệ số vận hành, với trạm à 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 t ung ình c = 1500 đ/kWh.
∆A: tổn thất điện năng
3.2.1 Phương án thiết kế 1 ( PA1)
Phương án 1 sử dụng TBATG 22/10 kV, cáp 10 kV, 11 TBAPX 10/0,4 kV, sử dụng TBATG nhận điện 22 kV từ hệ thống về, hạ xuống điện áp 10 k 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: Sơ đồ cung cấp điện cho các phân xưởng của phương án 1
10 2 6 5 7 1 8 9 11 4 3 12 Từ hệ thống đến
3.2.1.1 Chọn MBA và 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 cơng ty thiết bị điện Đơng Anh ta có ảng kết quả chọn MBA cho các TBAPX của phương án 1.
Bảng 3.4: Kết quả chọn máy biến áp của phương án 1
Tên trạm Sđm (kVA) Uc/Uh (kV) ∆P0 (kW) ∆PN (kW) Số máy Đơn giá (106 đ) Thành tiền (106đ) TBATG 10000 22/10 29 92 2 2252,6 4505,2 B1 250 10/0,4 0,64 3 1 144,1 144,1 B2 750 10/0,4 1,2 6,59 2 365,6 731,2 B3 2000 10/0,4 2,7 18,4 2 854,6 1709,2 B4 1000 10/0,4 1,55 9 2 459,7 919,4 B5 1000 10/0,4 1,55 9 2 459,7 919,4 B6 1250 10/0,4 1,71 12,8 2 502,7 1015,4 B7 180 10/0,4 0,45 2,1 1 119,2 119,2 B8 1000 10/0,4 1,55 9 2 459,7 919,4 B9 1600 10/0,4 2,1 15,5 2 691,8 1383,6 B10 750 10/0,4 1,2 6,59 1 365,6 731,2 B11 560 10/0,4 0,94 5,21 2 256,7 513,4
Tổng vốn đầu tư cho TBA: KB = 13644.106 đ
Tổn thất điện năng ∆A t ong các TBA: ∆A = n.∆P0.t + 1 n.∆PN. 2 tt dmB S S .τ (kWh) T ong đó:
n: số MBA ghép song song
t: thời gian MBA vận hành, t= 8760h
τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất
Nhà máy làm việc 3 ca, Tmax= 4550h, ta có
τ = (0,124 + 4550.10-4)2. 8760 = 2936,71 h Tính tốn cụ thể tổn thất điện năng t ong các TBA:
– Trạm BA TG: ∆A = 2. 29. 8760 + 1 2.92. 2 ( ) 100 480 00 18 .2936,71 = 969.42 MWh
– Các TBA khác tính tương tự kết quả trong bảng:
Bảng 3.5: Tổn thất điện năng trong các trạm biến áp phân xưởng
3.2.1.2 Chọn dây dẫn, xác định tổn thất điện năng trong mạng điện
Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của d ng điện jkt. Nhà máy làm việc 3 ca, Tmax= 4550h, dùng cáp XLPE lõi đồng bọc thép của hãng FURUKAWA Nhật Bản, tra [Bảng 2.10 – TL1] ta có jkt= 3,1 (A/mm2)
Tiết diện kinh tế của cáp:
Fkt = max kt I j mm 2vớiImax 3 t đ t m S U (A)
Dựa vào Fkt tính được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất.