Chương 2. Nghiên cứu đánh giá tình trạng sử dụng điện năng ở các mỏ lộ thiên
2.1. Đánh giá tình trạng sử dụng trang thiết bị điện của các mỏ lộ thiên
Trong các năm từ 1999 tới nay ngành than không ngừng được phát triển, mức độ cơ giới hoá và tự động hoá ngày càng được tăng cao, sản lượng khai thác than không ngừng được nâng cao và mở rộng, do đó lượng điện năng tiêu thụ của các xí nghiệp khai thác than không ngừng tăng lên và tỷ trọng
điện năng trong giá thành một tấn than càng cao, việc sử dụng hiệu quả điện năng nhằm giảm giá thành sản phẩm, nâng cao mức sống của cán bộ công nhân viên ngày càng có ý nghĩa cấp thiết.
Từ kết quả thống kê điện năng tiêu thụ và sản lượng than của mỏ có thể xác định được suất tiêu thụ điện năng của các mỏ trong các năm gần đây. Kết quả tính toán về suất tiêu thụ điện năng ở các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả, Quảng Ninh được thống kê trong bảng 2.1, trong đó sản phẩm gồm than và đất cần quy đổi thành than tương đương về điện năng tiêu thụ.
Bảng 2.1 Suất tiêu thụ điện năng của các mỏ
TT Tên mỏ Suất tiêu thụ điện năng (kWh/T)
2003 2004 2005 2006
1 Công ty than Cao Sơn 16,49 15,46 10,74 13,74 2 Công ty than Cọc Sáu 11,00 9,27 10,02 12,42 3 Công ty than Đèo Nai 7,23 6,38 6,29 6,48
Qua kết quả thống kê trong bảng 2.1 có thể có một vài nhận xét như sau:
+ Suất tiêu thụ điện năng của các mỏ dao động trong phạm vi lớn, do khác nhau về mức độ cơ giới hoá, độ sâu khai thác, kích thước và sản lượng của mỏ
+ Suất tiêu thụ điện năng trong khoảng thời gian 2003-2005 ổn định và giảm dần, do công tác tổ chức sản suất và khả năng sử dụng thiết bị ngày càng hợp lý hơn.
+ Suất tiêu thụ điện năng trong năm 2006 ở các mỏ tăng cao hơn so với các năm trước do khả năng các mỏ khai thác ngày càng xuống sâu.
Để đánh giá tình trạng sử dụng trang thiết bị điện ở các mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả, Quảng Ninh có thể xác định công suất tính toán dựa trên biểu
đồ phụ tải ngày điển hình và theo phương pháp hệ số yêu cầu.
2.1.2. Công suất tiêu thụ thực tế của các mỏ xác định theo phương pháp biểu đồ phụ tải
Biểu đồ phụ tải được xây dựng trong mùa mà các xí nghiệp sản xuất với cường độ cao nhất trong thời gian theo dõi liên tục trong 7 ngày.
Điện năng tiêu thụ trung bình ở các mỏ trong những năm gần đây được thể hiện trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 Năng lượng tiêu thụ trung bình trong ngày và công suất tiêu thụ thực tế của các mỏ trong những năm gần đây
Tên mỏ Thông số Năm
2004 2005 2006 2007
Cọc Sáu Wa, (kW.h/ngày) 25446 36504 61992 73079
Stt, (kVA) 2673 2955 3041 3537
Cao Sơn Wa, (kW.h/ngày) 70269 95136 95894 96896
Stt, (kVA) 3364 4309 4567 4590
Đèo Nai Wa, (kW.h/ngày) 40728 45300 49314 53702
Stt, (kVA) 1890 2162 2378 2618
Theo kết quả thống kê trong bảng 2.2 cho thấy: Lượng điện năng tiêu thụ và công suất tiêu thụ thực tế năm sau cao hơn năm trước, cho dù tình trạng trang thiết bị điện của các mỏ trong các năm gần đây không có biến động
đáng kể. Lượng điện năng tiêu thụ tăng là do tăng sản lượng, tăng năng lực sản xuất. Điều đó có nghĩa là năng lực của trang thiết bị điện còn tiềm tàng và có thể đáp ứng được yêu cầu khi sản lượng khai thác tăng trong những năm tiÕp theo.
Để đánh giá tình trạng sử dụng năng lực trang thiết bị điện hiện tại ở các mỏ sẽ dựa trên cơ sở tính toán cụ thể biểu đồ phụ tải ngày điển hình năm 2007 là năm có năng lực cao nhất. Số liệu điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong năm 2007 của các mỏ được thống kê trong bảng 2.3.
Bảng 2.3 Điện năng tiêu thụ thực tế các mỏ
Mỏ Cọc Sáu Mỏ Cao Sơn Mỏ Đèo Nai
Ngày Wtd (kWh)
Wpk
(kVArh) Ngày Wtd (kWh)
Wpk
(kVArh) Ngày Wtd (kWh)
Wpk (kVArh) 19/2/07 75307 24319 12/2/07 94125 24319 05/3/07 53732 16465 20/2/07 76479 25372 13/2/07 96839 25372 06/3/07 54332 28064 21/2/07 75199 26481 14/2/07 97654 21764 07/3/07 57451 22725 22/2/07 67590 18396 15/2/07 97150 18396 08/3/07 58026 24587 23/2/07 71585 25297 16/2/07 98402 25297 09/3/07 54143 20470 24/2/07 74660 27146 17/2/07 91917 27146 10/3/07 56032 28064 25/2/07 73579 24344 18/2/07 107260 24844 11/3/07 57565 22459 TB 73486 24479 TB 97621 23877 TB 55897 23262 trong đó: Wtd – năng lượng tác dụng, (kWh); Wpk – năng lượng phản kháng, (kVArh); TB – năng lượng trung bình trong 7 ngày.
Qua kết quả tính toán ở trên có thể sẽ xác định được biểu đồ phụ tải ngày điển hình của các mỏ Cọc Sáu, Cao Sơn và Đèo Nai, kết quả được trình bày trên các hình từ 2.1 đến 2.4.
Bảng 2.4 Phụ tải ngày điển hình mỏ Cọc Sáu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0
500 1000 1500 2500 2000 4000 4500
3500 3000 5000
t(h) P(kW), Q(kVAr)
P
Q Pmax
Qmax
Ptb
Qtb
=4620 (kW) Pmax
Qmax=2310 (kVAr)
=3066 (kW) Ptb
Qtb=1014 (kVAr)
Hình 2.1 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình mỏ Cọc Sáu
Giê ®o P (kW) Q (kVAr) Giê ®o P (kW) Q (kVAr)
1 2570 294 13 2182 970
2 4018 2052 14 1785 798
3 3855 1591 15 2142 1183
4 4004 1428 16 2376 1282
5 4062 2310 17 4209 511
6 3689 1523 18 4620 1680
7 3486 1526 19 3160 735
8 2075 644 20 2913 1020
9 2576 462 21 2786 490
10 3710 465 22 2618 427
11 3787 861 23 2571 1245
12 2122 476 24 2263 371
Bảng 2.5 Phụ tải ngày điển hình mỏ Cao Sơn
Giê ®o P (kW) Q (kVAr) Giê ®o P (kW) Q (kVAr)
1 3895 2125 13 4802 2405
2 4200 2603 14 3313 1512
3 4123 1510 15 3705 2367
4 4406 1902 16 3400 1700
5 4026 1405 17 4510 2212
6 3700 1700 18 5400 2005
7 2200 1462 19 4005 1300
8 4020 1890 20 3978 1900
9 4758 2200 21 3812 1400
10 4900 1900 22 3000 1617
11 5312 1705 23 2774 1100
12 4600 2000 24 4000 2145
P(kW), Q(kVAr)
t(h) 5000
3000 3500 4500 4000
2000 2500
1500 1000 500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324
5500 Pmax
Qmax
Q P Ptb
Qtb P =5400 (kW)max
Qmax=2603 (kVAr)
=4035 (kW) Ptb
tb=1836 (kVAr) Q
Hình 2.2. Biểu đồ phụ tải ngày điển hình mỏ Cao Sơn
Bảng 2.6 Phụ tải ngày điển hình mỏ Đèo Nai
Giê ®o P (kW) Q (kVAr) Giê ®o P (kW) Q (kVAr)
1 2388 850 13 1057 393
2 2567 1092 14 2845 1012
3 2399 1233 15 2215 897
4 2987 1291 16 1700 236
5 2068 834 17 2050 431
6 2163 908 18 2903 954
7 2367 903 19 3328 1274
8 1050 210 20 2349 178
9 1496 394 21 2619 1059
10 2604 839 22 2566 1354
11 2703 1365 23 2487 1207
12 2147 787 24 1774 563
P(kW), Q(kVAr)
t(h) 3000
3500
2000 2500
1500 1000 500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Pmax
Qmax Q
P Ptb
Qtb
max=3328 (kW) P
Qmax=1365 (kVAr)
Ptb=2285(kW) Q =844 (kVAr)tb
Hình 2.3. Biểu đồ phụ tải ngày điển hình mỏ Đèo Nai.
Từ biểu đồ phụ tải ngày điển hình có thể xác định được các thông số
đặc trưng của biểu đồ phụ tải. Các kết quả tính toán các tham số đặc trưng của biểu đồ phụ tải được thống kê trong bảng 2.7.
Bảng 2.7 Các thông số đặc trưng của biểu đồ phụ tải ngày điển hình
STT Thông số Đơn
vị
Tên mỏ
Cọc Sáu Cao Sơn Đèo Nai
1 Công suất trung bình
- Tác dụng kW 3066 4035 2285 - Phản kháng kVAr 1014 1836 844
- Tổng kVA 3229 4433 2436
2 Công suất trung bình bình phương
- Tác dụng kW 3172 4103 2350
- Phản kháng kVAr 1156 1874 921 3 Công suất tính toán
- Tác dụng kW 3282 4173 2418 - Phản kháng kVAr 1317 1913 1004
- Tổng kVA 3537 4590 2618
4 Các hệ số đặc trưng
- Hệ số hình dáng
+ Hệ số hình dáng theo P 1,035 1,017 1,029 + Hệ số hình dáng theo Q 1,139 1,021 1,090
- Hệ số điền kín 0,66 0,75 0,69
- Hệ số cực đại 1,51 1,34 1,46
- Hệ số công suất trung bình 0,95 0,91 0,94
- Hệ số sử dụng 0,57 0,75 0,84
- Hệ số mang tải 0,56 0,73 0,82
- Hệ số mang tải kinh tế 0,61 0,76 0,61
Theo kết quả tính toán ở bảng 2.7, nhận thấy:
1. Hệ số mang tải của mỏ Đèo Nai cao hơn hệ số mang tải kinh tế, còn mỏ Cọc Sáu và Cao Sơn có hệ số mang tải thấp hơn hế số mang tải kinh tế của máy biến áp.
2. Biểu đồ phụ tải không bằng phẳng, tại những giờ cao điểm vẫn còn xuất hiện phụ tải cực đại, do vậy việc tổ chức sản xuất chưa thật hợp lý.
3. ở các trạm đặt có thiết bị bù công suất phản kháng tại thanh cái phía 6 kV nên hệ số công suất tương đối cao và cao hơn hệ số công suất quy chuẩn cosqc = 0,85. Riêng mỏ Cao Sơn tuy không đặt thiết bị bù nhưng do sử dụng nhiều động cơ đồng bộ (động cơ của máy xúc ЭКГ-8И), nên hệ số công suất cao.
2.1.3. Công suất tính toán của các trạm biến áp chính xác định theo phương pháp công suất đặt và hệ số yêu cầu
Phụ tải điện của trạm biến áp chính bao gồm động cơ cao áp 6 kV và các máy biến áp 6/0,4 kV, phụ tải tính toán được xác định:
- Đối với động cơ cao áp:
Ptt = kycP®m (kW) Qtt = Ptt.tgtb (kVAr) - Đối với máy biến áp 6/0,4 kV:
Ptt = kyc.S®m.costb (kW) Qtt = Ptt.tgtb (kVAr)
trong đó: costb - hệ số công suất trung bình thực tế của các động cơ
hoặc của các phụ tải đấu vào máy biến áp 6/0,4 kV.
Công suất tính toán của các phụ tải đấu vào máy biến áp của trạm biến
áp chính:
nh tt m
tt P
P .
Σ1
(kW)
nh tt m
tt Q
Q .
1
(kVAr)
trong đó: m - số nhóm;
Ptt.nh, Qtt.nh- công suất tác dụng và phản kháng tính toán của nhóm trong cùng một khởi hành.
Công suất biểu kiến tính toán:
2 2
tt tt
cd
tt k P Q
S (kVA)
với kcđ = 0,85 - hệ số kể đến phụ tải cực đại của các nhóm không trùng nhau.
Bảng 2.8 Công suất tính toán mỏ Cọc Sáu
TT Tên khởi hành Công suất tính toán
Ptt, (kW) Qtt, (kVAr)
1 Sinh hoạt 22,75 26,4
2 2 1624,35 1874,1
3 3 1752,4 1510,1
4 4 124,8 144,8
5 5 916,435 1063,1
6 6 1215,5 887,3
7 7 1028,3 1192,8
8 8 271,7 315,2
9 9 717,6 832,4
10 10 2323,9 2696
11 11 179,4 208,1
12 12 1329,9 1542,7
13 13 443,625 514,6
Tổng 11950,7 12807,3
Tổng công suất tính toán, kVA 14889,5
Hệ số mang tải khi vận hành hai máy biến áp 1,18
Hệ số công suất trung bình 0,80
Bảng 2.9 Công suất tính toán mỏ Cao Sơn
TT Tên khởi hành Công suất tính toán
Ptt, (kW) Qtt, (kVAr)
1 1 2469 2864,1
2 2 822,3 953,8
3 3 822,3 953,8
4 5 1502,8 1743,2
5 6 2020,7 2344
6 7 1400,4 1624,5
7 PXC§ 1655 1919,3
8 PXTM 434,2 504
Tổng 11126,2 12906,4
Tổng công suất tính toán, kVA 14484,2
Hệ số mang tải khi vận hành hai máy biến áp 1,15
Hệ số công suất trung bình 0,77
Bảng 2.10 Công suất tính toán mỏ Đèo Nai
TT Tên khởi hành Công suất tính toán
Ptt, (kW) Qtt, (kVAr)
1 III 871,3 1008,2
2 IV 1553,2 1799,1
3 VIII 1159,6 1345,1
4 X 236,6 274,5
5 XII 578,5 671,1
6 XIII 1736,6 2010,4
Tổng 6135,8 7108,3
Tổng công suất tính toán, kVA 7981,7
Hệ số mang tải khi vận hành hai máy biến áp 1,25
Hệ số công suất trung bình 0,77
Từ kết quả tính toán trong các bảng 2.8, 2.9, 2.10, có thể thống kê xác
định được công suất tính toán tổng của các trạm biến áp chính và các thông số tính toán cần thiết trong bảng 2.11.
Bảng 2.11 Công suất tính toán của trạm biến áp chính
TT Thông số Trạm biến áp chính của mỏ
Cọc Sáu Cao Sơn Đèo Nai 1 Công suất tính toán 14889,5 14484 7981,7 2 Hệ số mang tải khi 2 máy làm việc 1,04 1,15 1,25 3 Hệ số công suất trung bình 0,80 0,77 0,77
Qua đó cho thấy nếu các xí nghiệp sử dụng hết năng lực của các máy móc dùng điện như kinh nghiệm vận hành ở các nước tiên tiến (hệ số yêu cầu
được lấy theo kinh nghiệm của các nước này) thì ngay cả khi cho vận hành cả
2 máy biến áp cũng vẫn bị quá tải.
2.1.4. Đánh giá hiện trạng sử dụng trang thiết bị điện
Công suất của các trang thiết bị điện của xí nghiệp mỏ được xem là tổng công suất định mức của các phụ tải 6 kV bao gồm các máy biến áp 6/0,4 kV và các động cơ cao áp.
Để đánh giá tình trạng sử dụng năng lực của các thiết bị điện có thể sử dụng hệ số tạm gọi là hệ số sử dụng năng lực ksdnl và được tính:
100
.
dm tt
sdnl S
k S (%)
Kết quả tính toán đối với các xí nghiệp mỏ được trình bày trong bảng 2.12.
Do lấy hệ số yêu cầu của các phụ tải theo kinh nghiệm của nước ngoài nên công suất tính toán đủ lớn, vì vậy cần có sự hiệu chỉnh tuỳ theo điều kiện thực tế sản xuất của các mỏ lộ thiên. Muốn vậy cần phải đưa vào hệ số hiệu chỉnh khc:
yc tt
tt
hc S
k S
.
trong đó:
Stt- công suất tiêu thụ thực tế xác định theo biểu đồ phụ tải;
Stt.yc- công suất tính toán theo phương pháp công suất đặt và hệ số yêu cầu với hệ số yêu cầu lấy theo kinh nghiệm của nước ngoài.
Khi đó hệ số sau hiệu chỉnh (kshc):
kshc = 1- khc
Từ đó công suất tính toán theo phương pháp hệ số yêu cầu được hiệu chỉnh bằng:
yc tt shc
hc k S
S . .
Các giá trị khc và Stt, cũng như hệ số mang tải của máy biến áp theo công suất tính toán đã được hiệu chỉnh được trình bày trong bảng 2.12.
Bảng 2.12 Năng lực sử dụng trang thiết bị điện của các mỏ
TT Thông số Tên mỏ
Cọc Sáu Cao Sơn Đèo Nai 1 Tổng công suất định mức, Sđm của phụ
tải 6 kV, (kVA) 24932,5 24550 13497,5
2
Hệ số sử dụng năng lực ksdnl theo (%):
- Thực tế sử dụng 12,3 16,4 16,9
- Theo tính toán 59,7 59 59,1
3 Hệ số hiệu chỉnh: khc 0,24 0,32 0,33
4 Hệ số sau hiệu chỉnh: kshc=1-khc 0,76 0,68 0,67 4 Công suất tính toán Shc đã được hiệu
chỉnh, (kVA) 11352,5 9894,2 5363,7
5 Hệ số mang tải của máy biến áp khi 2 máy làm việc đồng thời kmt
0,90 0,79 0,84
Từ các kết quả dẫn ra ở bảng 2.12 cho thấy:
- Việc sử dụng năng lực trang thiết bị điện ở các mỏ khảo sát chỉ mới
đạt từ (12,2 16,9)%, trung bình bằng 15,2%.
- Khi lấy hệ số yêu cầu theo kinh nghiệm của nước ngoài thì năng lực của trang thiết bị điện ở các mỏ được khảo sát trung bình bằng 59,3%.
- Việc xác định phụ tải điện theo hệ số yêu cầu lấy theo kinh nghiệm của các nước là không phù hợp, vì vậy sau khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp này cần phải hiệu chỉnh và có thể lấy trung bình bằng kshc = 0,71.
- Việc sử dụng năng lực trang thiết bị theo công suất tính toán (đã được hiệu chỉnh) trung bình của các mỏ bằng:
% 1 , 3 42
1 , 59 59 7 , .59 71 , Σ 0
. 1 .
n k ksdnl
n
hc
Rõ ràng việc sử dụng năng lực thiết bị thực tế chỉ đạt 15,2%, còn tính toán với điều kiện Việt Nam chỉ đạt chừng 42,1%. Như vậy một phần năng lực trang thiết bị chưa được sử dụng, một lượng vốn khá lớn đầu tư bị lãng phí.
Từ những việc so sánh và đánh giá ở trên rút ra những nhận xét sau đây:
1. Hiện tại các xí nghiệp mỏ đang vận hành một máy và các máy biến
áp này vẫn đang vận hành non tải (kmt = 0,560,82).
2. Hệ số cực đại của các mỏ tương đối lớn (1,341,51), chứng tỏ biểu
đồ phụ tải không bằng phẳng, nên việc tổ chức sản xuất chưa thật hợp lý và tại những giờ cao điểm phụ tải của mỏ vẫn còn tương đối lớn.
3. Hệ số công suất trung bình costb của các mỏ tương đối cao (0,910,95), do các mỏ (mỏ Cọc Sáu, Đèo Nai) sử dụng thiết bị bù đặt ở thanh cái 6 kV hoặc trong mỏ Cao Sơn hiện đang sử dụng nhiều động cơ điện đồng bộ.
4. Một lượng lớn vốn đầu tư bị lãng phí do năng lực trang thiết bị chưa
được sử dụng triệt để (chỉ đạt 15,2%), trong khi đó nếu tính đến điều kiện của các mỏ Việt Nam phải là 42,1%.
5. Khi sử dụng triệt để năng lực trang thiết bị điện để phục vụ cho sản xuất có tính đến điều kiện của mỏ Việt Nam thì công suất của các máy biến
áp đã được trang bị ở các trạm biến áp chính vẫn đảm bảo được yêu cầu.