Đối với mỗi một nhà máy ta phải xác định được phương án TBA hợp lý nhất, điều này phụ thuộc các đặc điểm riêng của nhà máy, giá trị tính toán phụ tải, loại hộ tiêu thụ, sơ đồ mặt bằng nhà máy, khả năng cung cấp ngoài và hiện trạng lưới điện khu vực.
Thiết kế TBA là tổng hợp các công việc từ tính lựu chọn vị trí dặt trạm, công suất mỗi trạm, số biến áp trong trạm, sơ đồ nối dây cao áp, sơ đò nối dây và liên tục hạ áp, đo lường và bảo vệ trạm biến áp. Phương án thiết kế TBA không hợp lý có ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu kinh tế_kỹ thuật của hệ thống CCĐ.
a.Chọn vị trí đặt trạm biến áp :
việc xác định đúng đắn vị trí đặt trạm biến áp nhà máy sẽ tạo điều kiện cho sơ đồ đi dây CCĐ hợp lý, đồng thời giảm được tổn thất.
và nhà máy có quy mô vừa cấp điện áp 22(KV) nên không phải thiết kế trạm biến áp trung gian hoặc phân phối độc lập mà chỉ là một trạm biến áp. Vị trí dặt trạm được xác định :
- Gần trung tâm phụ tải chính của đường dây.
- Thuận lợi cho nguồn tới ( nguồn).
- Thuận lợi đi dây tới phân xưởng.
- Thuận lợi thi công xây lắp sữa chữa, vận hành, thay thế và có khả năng khải triển công suất nhà máy nếu có nhu cầu.
- Không ảnh hưởng đến các công trình khác.
- Tránh bụi, khói, hay các tác động khác.
- Có thể phải đề cập đến an ninh quốc phòng nếu cần thiết.
c - Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp cho trạm biến áp nhà máy:
Số lượng và dung lượng MBA trong trạm phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm là nhỏ Để CCĐ cho các phân xưởng tôi dùng các MBA điện lực đặt ở các trạm biến áp phân xưởng biến đổi điện áp 22 KV của lưới thành cấp điện áp 0,4 KV cung cấp cho phân xưởng.
Các trạm BA đặt càng gần trung tâm phụ tải càng tốt để giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất. Trong 1 nhà máy nên chọn càng ít loại MBA càng tốt điều này thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, thay thế và việc chọn thiết bị cao áp, thuận lợi cho việc mua sắm thiết bị.
Số lượng và dung lượng MBA trong trạm phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất đồng thời phù hợp với yêu cầu CCĐ của nhà máy.
Dựa vào những yêu cầu cơ bản trên, căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và phụ tải của các phân xưởng yêu cầu CCĐ với phụ tải tính toán của nhà máy cơ khí số 1 :
- SttNM = 1036,5 (KVA) , Nguồn cung cấp có cấp điện áp là 22 KV.
- Nhà máy thuộc hộ phụ tải loại I.
Sau đây là một số phương án CCĐ.
a - Phương án 1:
Phương án này dùng 3 MBA có công suất Sđm= 1250 KVA .MBA này do Việt Nam sản xuất có cấp điện áp là 22/ 0,4 KV được đặt làm 1 trạm.
b - Phương án 2:
Phương án này dùng 4 MBA có công suất Sđm=1000 KVA có cấp điện áp là
22/ 0,4 KV do Việt Namsản xuất được đặt làm 2 trạm, trạm 1gồm 2MBA trạm 2 gồm 2 MBA
Phụ tải của từng trạm ghi trong bảng (2-3).
Bảng 3 – 10 : Bảng tham số kỹ thuật của MBA do ABB chế tạo chế tạo:
Loại Sđm
KVA
Uđm Tổn thất W UN% i0 %
Cao Hạ ∆P0 ∆PK
1250
22/0,4 1250 22 0,4 1720 1291
5,5 1,2 143925 (103đ) 1000
22/0,4 1000 22 0,4 1570 9500
5,0 1,5 90440
(103đ)
Bảng 3 -11: Bảng các phương án cấp điện cho các Phân xưởng nhà máy Phương án MBA Sdm CCĐ cho các phân xưởng
1
1 1250 Đúcgang+ cơ khí 2+ nhiệt luyện 689 2 1250 Cơ điện+kho vật tư+nhà hành chính+mộc
mẫu+cơ khí 1+rèn dập
751
3 1250 Đúc thép +dụng cụ+ kiểm nghiệm +kho sản 616 Giá (đ)
phẩm
Phương án MBA Sdm CCĐ cho các phân xưởng
2
1 100
0
đúc gang +cơ khí 2 456
2 100
0
Nhiệt luyện+cơ điện +kho vật tư +nhà hành chính
555
3 100
0
cơ khí 1+đúc thép+mộc mẫu 491
4 100
0
Rèn dập+dụng cụ+kiểm nghiệm+kho sản phẩm
550
Qua 2 phương án CCĐ cho nhà máy ở trên có những ưu nhược điểm như sau:
- MBA được chọn đều là MBA do ABB chế tạo cùng chủng loại sơ đồ, cách đấu dây tương đối đơn giản nên thuận lợi cho việc sửa chữa, vận hành và thay thế. Đảm bảo được yêu cầu về kỹ thuật cung cấp đủ điện cho các hộ phụ tải quan trọng. Để có kết luận chính xác, lựa chọn phương án CCĐ hợp lý nhất ta cần phải so sánh cả 2 phương án này về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.
3.2.3 – So sánh các phương án a - So sánh về chỉ tiêu kỹ thuật:
Phương án 1:
Phương án này dùng 3 MBA mỗi máy có Sđm = 1250 (kVA) .22 /0,4
Đặt làm 1 trạm.Trong điều kiện làm việc bình thường ta cho 3 MBA có công suất Sđm=1250 KVA làm việc độc lập
Hệ số phụ tải của các máy: KPT = đmBA
ttBA
S S
MBA 1 suy ra Kpt
==0,55 suy ra
Kpt
==0,6
suy ra Kpt
==0,5
Với 3 MBA 1250 KVA ta thiết kế sao cho khi mất 1 máy thì 2 máy còn lại phải làm việc song song và mang đủ tải của các hộ phụ tải loại 1.Cụ thể là 2 MBA làm việc quá tải có công suất:
Sqt = 2.1,4.Sđm = 2.1,4.1250 = 3500 (KVA)
Như vậy đối với trạm lúc này: Sqt = 1750 (KVA)
SL1= SPX đúc thép + Snhà hành chính + SPX Đúc gang + SPXcơ khí 1 + SPX cơ khí 2 + Snhiệt luyện+SPX mộc mẫu +SPX kiểm nghiệm = 1369(KVA).
Như vậy ở đây ta thiết kế đã đảm bảo yêu cầu về tính liên tục CCĐ cho các hộ phụ tải loại I Sqt > SL1. Trường hợp nếu 1 thanh cái bị hỏng ta có thể dùng
ATM liên lạc hoặc dùng 1 thanh cái dự phòng. Trong trường hợp xấu nhất lúc nào cũng phải đảm bảo 2 MBA làm việc song song.
Phương án 2:
Phương án II ta dùng 4 MBA 1000 - 35/ 0,4 KV đặt thành 2 trạm phụ tải của các phân xưởng.
Trong điều kiện làm việc bình thường ta cho các MBA trong 1 trạm làm việc song song, 2 máy làm việc độc lập.
TRẠM:MBA 1+2 suy ra Kpt
==0,55 suy ra
Kpt
==0,55
Nhà máy thuộc hộ phụ tải loại I nên ta phải lấy ít nhất 2 nguồn cung cấp cho nhà máy hoặc có thể dùng 1 nguồn và 1 nguồn dự phòng hoặc dùng máy phát dự phòng.
Trong điều kiện làm việc sự cố. Khi sảy ra sự cố 1 nguồn của TBA thì phải có máy cắt liên lạc để đóng thanh cái còn lại vào mạng sao cho thời gian mất điện là ngắn nhất.
Trên thanh cái hạ áp của MBA ta thiết kế dùng ATM liên lạc sao cho khi sảy ra sự cố trên 1 thanh cái hạ áp của MBA thì ATM liên lạc phải tác động nhằm đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại 1.
Khi sảy ra sự cố trên 1 thanh cái cao áp của trạm thì phải đảm bảo lúc nào cũng có 1 MBA làm việc tương tự như trường hợp 1 MBA bị sự cố. Khi đó 1 MBA còn lại với hệ số quá tải 40% phải đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại 1 cụ thể là:
Đối với trạm 1:
Sqt= 1,4.1000 = 1400 (KVA)
như vậy đối với trạm 1 lúc này:Sqt = 1400 (KVA)
SL1= SPX đúc gang + Scơ khí 2+Snhà hành chính +SPX nhiệt luyện =792 (KVA) Đối với trạm 2:
Sqt= 1,4.1000 =1400 (KVA)
SL2= SPX cơ khí 1 + Sđúc thép+ Smộc mẫu +SKiểm nghiệm =577(KVA)
Khi sảy ra sự cố 1 MBA trong 1 nhóm máy đang làm việc song song thì cũng tương tự như trường hợp sự cố trên thanh cái cao áp và như vậy là ta thiết kế đã đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và tính liên tục cung cấp điện cho các hộ phụ tải loại 1 của nhà máy.
Kết luận: Qua phân tích 2 phương án ở trên ta thấy cả 2 phương án đều đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, đã đáp ứng được yêu cầu CCĐ đối với các hộ phụ tải
loại I. Để quyết định xem sẽ chọn phương án nào ta phải so sánh cả các chỉ tiêu về kinh tế của 2 phương án trên.
b - So sánh về chỉ tiêu kinh tế:
Để thuận tiện cho việc tính toán so sánh về kinh tế thì giữa các phương án ta quan tâm đến những yếu tố ảnh hưởng chính đó là:
- Vốn đầu tư ban đầu (tiền mua MBA ).
- Chi phí vận hành hàng năm.
- Tổn thất điện năng trong phạm vi phân xưởng.
Phương án 1:
Phương án này dùng 3 MBA 1250-22/ 0,4 do Việt nam chế tạo đặt làm 1 trạm. 3 MBA 1250-22/ 0,4 làm việc độc lập với nhau, phụ tải tương đối đều nhau.
Ta có thể áp dụng công thức:
∆Atrạm = Σ∆ABAi
∆ABAi = ∆P0’t + ∆Pn’.Kpt 2
.τ Trong đó: n: Là số MBA.
t: Thời gian dòng điện chạy qua MBA hàng năm. T = 8760 h
τ: Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất. τ ∈ Tmax, CosϕNM .Với nhà máy cơ khí 3N4 TMax = 5000 Cosϕ = 0,76 hình 6-10b (CCĐ trang 121) ta có: τ = 4750 h.
∆P’0 = ∆P0 +Kkt .∆Q’0 (KW) (1)
∆P’N = ∆PN +Kkt .∆Q’k (KW) (2)
Với ∆Q’0 = i0 %.100 Sđm
∆Q’N = UN %.100 Sđm
Trong đó: Kkt là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng.
Kkt = 0,05 (KW/KVAR)
Tổn thất điện năng ở phương án I:
τ=(0,124+5000.10
−4
).8760=3411 (h)
Với trạm có 3 máy biến áp ta áp dụng công thức:
∆ABA = ∆P0’.t + ∆Pk’.Kpt 2
.τ
-MBA 1có:t=8760h, Kpt=0,78 , τ=3750 h
→∆P0’ = 5,1 + 0,05. =8,4( KW )
∆PN’ = 15 + 0,05. =18,3( KW )
vị trí đặt 3 máy biến áp chế độ vận hành các máy biến áp như nhau và các MBA làm việc độc lập, nên chi phí tính toán hằng năm cho phương án 1 là
z1=3KV+[3∆P’0 +∆P’N .(.τ1)].g
=3.0,273.150000000+3.8,4.8760.750+(18,3(..3411+18,3..3411+18,3.
(.3411).750=2884558912(đ/năm) (2) phương án 2:
trạm đặt 4 MBA cùng loại kiểu 1000-22/0,4
trạm biến áp làm việc 3 ca liện tục trong ngày thời gian vận hành các MBA là 8760h/năm
*xác định tương tự như trên ta có tổn thất điện năng ở phương án 2:
trạm 1:t=8760h , τ=3750 h , Kpt=0,918
→∆P0’ = 5,1 + 0,05. =7,35 ( KW )
∆PN’ = 11,9 + 0,05. =15,15 ( KW )
vì trạm đặt 4 MBA cùng loại , làm việc độc lập ,chế độ vận hành các máy như nhau nên chi phí tính toán hằng năm cho phương án 2 như sau:
z2=4KV+[4∆P’0 +∆P’N .(.τ1)].g
=4.0,273.115500000+4.7,35.8760.750+(15,15.(.3411+15,15.(.3411+15,15.
(.3411+15,15.3411.().750=364855487 (đ/năm) phương án 2 có vốn đầu tư nhỏ hơn phương án 1:
390536315-309708182=2519703424đ/năm
*Từ phân tích trên ta thấy phương án 2 có tính hợp lý cao và tiết kiệm được về tổn thất, chi phí vận hành hàng năm và chi phí quy đổi nhỏ.
Vậy ta quyết định chọn phương án cấp điện cho nhà máy cơ khí là phương án 2 3.3 - PHỤ TẢI CỦA NHÀ MÁY KỂ CẢ TỔN THẤT CÔNG SUẤT:
Để có các số liệu chính xác cho việc tính chọn thiết bị trong mạng điện cho nhà máy ta phải kể đến tổn thất công suất trong các MBA.
3.3.1 - Xác định tổn thất trong các MBA:
∆P1 = ∆P0’ + ∆Pn’.Kpt2 = 4,1 + 11,9.(0,92)2 = 14,2 (KW).
∆Q1 = ∆Q0’ + ∆Qn'.Kpt2 = 48,75 + 48,75.(0,75)2 = 76,17 (Kvar).
∆P2 = 4,1 +11,9.(0,84)2 = 12,3 (KW).
∆Q2 = 48,75 +48,75.(0,76)2 = 76,9 (Kvar).
∆P3 = 4,1 + 11,9.(0,92)2 = 14,2 (KW).
∆Q3 =48,75 + 48,75.(0,76)2 = 76,9 (Kvar).
∆P4 =4,1+11,9.(0,52)2 =7,3(KW)
∆Q4 =48,75 + 48,75.(0,74)2 = 75,44 (Kvar).
→Σ∆P = ∆P1 + ∆P2 + ∆P3 +∆P4 = 48(kW).
Σ∆Q = ∆Q1 + ∆Q2 + ∆Q3 +∆Q4 = 305,41 (kVAR).
Như trên ta đã xác định phụ tải phía hạ áp.
Ptt hạ áp = 2372,2 KW ; Qtt hạ áp = 2103,27 kVAR.
Sau khi kể đến tổn thất trong các MBA ta có:
Pttnm = Ptt hạ áp + ∆P = 2372,2 + 48 = 2420,27 (kW).
Qttnm = Qtt hạ áp + ∆Q = 2103,27 +305,41 = 2408,68 (kVAR).
Sttnm= Kpt
.
dt . K
=1,1.0,9=3380,5 (kVA) 3.3.2 – Vị trí đặt trạm biến áp nhà máy.
\Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng được chọn theo các tiêu chuẩn sau:
- Các trạm biến áp cấp điện cho nhiều phân xưởng thì vị trí của trạm được xác định theo tâm phụ tải sao cho gần tâm phụ tải nhất, như vậy có thể đưa điện áp cao đến các phân xưởng tiêu thụ, rút ngắn mạng phân phối hạ áp, giảm chi phí kim loại dây dẫn, và giảm tổn thất.
- Với các trạm biến áp cấp điện cho nhiều phân xưởng ta lên dùng loại trạm biến áp xây dựng độc lập, đặt gần tâm phụ tải.
- Tâm phụ tải được tính theo công thức sau:
- Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu:
n i i 1
Pl →min
∑
Trong đó:
Pi và li là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải.
- Để xác định toạ độ của tâm phụ tải có thể sử dụng các biểu thức sau:
n
i i
1 n 0
i 1
S .x x
=∑ S
∑
;
n
i i
1 n 0
i 1
S .y y
= ∑ S
∑
;
n i i 1
n 0
i 1
S .z z
= ∑ S
∑
Trong đó: x0; y0; z0 là toạ độ tâm phụ tải điện.
xi; yi; zi là toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một trục toạ độ XYZ tuỳ chọn.
Si là công suất của phụ tải thứ i.
Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z. Tâm phụ tải là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện.
Căn cứ vào bản vẽ mặt bằng nhà máy ta có thể đo ra các toạ độ của các phân xưởng để từ đó tính được các trung tâm phụ tải.
Ta tính cho trạm phân phối trung gian (Trung tâm phụ tải của nhà máy).
STT TÊN PHÂN XƯỞNG
Stt (KVA)
X(m) Y(m)
Tâm phụ tải
1 CƠ ĐIỆN 163 123 139
2 CƠ KHÍ 1 108 123 185
3 CƠ KHÍ 2 222 123 162
4 RÈN DẬP 207 13 147
5 ĐÚC THÉP 269 35 187
6 ĐÚC GANG 234 13 187
7 DỤNG CỤ 200 123 143
8 MỘC MẪU 114 35 147
9 NHIỆT LUYỆN 233 123 154
10 KIỂM NGHIỆM 86 135 72
11 KHO 1( SP ) 61 134 30
12 KHO 2(VẬT TƯ) 56 24 107
13 NHÀ HÀNH
CHÍNH 103 25 60
X==65,6 Y==147,3