Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ than hầm lò quảng ninh đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa, hiện đại hóa ngành than giai đoạn 2008 2025

Đề tài Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ than hầm lò quảng ninh đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa, hiện đại hóa ngành than giai đoạn 2008 2025 thuộc công trình nghiên cứu cấp bộ Nội dung : MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I. SỰCẦN THIẾT CỦA VIỆC CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH, AN TOÀN VÀ HIỆU QUẢ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CỦA CÁC XÍ NGHIỆP MỎ 3 I. Ảnh hưởng của chất lượng điện năng đến sự làm việc của thiết bị trong các dây chuyền công nghệ 3 II. Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở Việt Nam 11 III. Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở nước ngoài 14 CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN PHỤC VỤ CHO VIỆC KHẢO SÁT, ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG CUNG CẤP, TIÊU THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MỎ HẦM LÒ QUẢNG NINH 17 I. Cơ sở khoa học của việc xây dựng phương pháp luận phục vụcho việc khảo sát, điều tra thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng trong các xí nghiệp mỏ 17 II. Phương pháp xác định các chỉtiêu chất lượng điện năng 22 CHƯƠNG III. HIỆN TRẠNG TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, CUNG CẤP, TIÊU THỤVÀ SỬDỤNG ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC XÍ NGHIỆP MỎ KHU VỰC QUẢNG NINH 26 I. Hiện trạng tài nguyên và trữ lượng than 26 II. Khái quát hiện trạng sản xuất của ngành Than Việt Nam 27 III. Hệthống cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ khu vực Quảng Ninh 29 CHƯƠNG IV. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC MỎTHAN HẦM LÒ KHU VỰC QUẢNG NINH 46 I. Xác định các chỉtiêu chất lượng bằng phương pháp đo thực nghiệm 46 II. Đánh giá các chỉtiêu chất lượng cung cấp điện bằng mô hình toán 47 III Đánh giá hiện trạng mạng cung cấp điện của một sốkhu vực mỏ điển hình khu vực Quảng Ninh 51 CHƯƠNG V. NHU CẦU SẢN LƯỢNG, MỨC ĐỘCƠGIỚI HÓA VÀ GIA TĂNG PHỤTẢI CỦA NGÀNH THAN VIỆT NAM TRONG GIAI ĐOẠN ĐẾN 2025 62 I. Dựbáo nhu cầu than 62 II. Quy hoạch phát triển ngành Than Việt nam giai đoạn đến 2015, định hướng đến 2025 63 III. Nhu cầu gia tăng phụtải phù hợp với yêu cầu quy hoạch phát triển ngành Than Việt nam đến 2015, định hướng đến 2025 67 CHƯƠNG VI. ĐỀXUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TĂNG SẢN LƯỢNG 80 I. Nguồn và lưới điện trong các khu vực mỏ80 II. Cấp điện áp danh định cho các phụtải mỏ80 III. Phân loại các phụtải mỏtheo tiêu chí liên tục cung cấp điện 82 IV. Sơ đồcung cấp điện cho các mỏthan hầm lò 84 V. Sửdụng cấp điện áp hợp lý cho các phụtải mỏ86 VI. Sửdụng hợp lý các bộbiến tần và khởi động mềm cho hệtruyền động máy mỏ 91 VII. Sửdụng các giải pháp đảm bảo an toàn trong cung cấp và sửdụng điện năng 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤLỤC I. Tổng hợp tiêu thụ điện năng trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam PHỤLỤC II. Tổng hợp kết quảtính toán các chỉtiêu cung cấp điện cho các đơn vị điển hình trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam PHỤLỤC III. Tổng hợp kết quả đo thực nghiệm xác định các chỉtiêu cung cấp điện cho các đơn vị điển hình trong đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản

LIÊN HIỆP CÁC HỘI KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VIỆT NAM

HỘI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ VIỆT NAM

-&&& -

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN

ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CHO CÁC MỎ THAN HẦM LÒ

QUẢNG NINH ĐÁP ỨNG YÊU CẦU CƠ GIỚI HÓA, HIỆN ĐẠI HÓA NGÀNH THAN GIAI ĐOẠN 2008-2025

7634

29/01/2010

Hà Nội - 12/2009

LIÊN HIỆP CÁC HỘI KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VIỆT NAM

HỘI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ VIỆT NAM

-&&& -

BÁO CÁO TỔNG KẾT

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN

ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CHO CÁC MỎ THAN HẦM LÒ

QUẢNG NINH ĐÁP ỨNG YÊU CẦU CƠ GIỚI HÓA, HIỆN ĐẠI HÓA NGÀNH THAN GIAI ĐOẠN 2008-2025

Cấp quản lý đề tài: Bộ Công Thương

Đơn vị thực hiện: Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam

Chủ nhiệm đề tài: TS Đào Đắc Tạo

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2009

KT CHỦ TỊCH,

Phó Chủ tịch kiêm Tổng Thư ký

TSKH ĐINH NGỌC ĐĂNG

Những người thực hiện đề tài:

1 TS Đào Đắc Tuyên Chi Hội Trường Đại học Mỏ - Địa chất

2 TS Trần Minh Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

3 KS Vũ Thế Nam Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

4 KS Phạm Thanh Liêm Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

5 KS Vũ Tuấn Anh Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

6 KS Lưu Quang Vũ Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

7 KS Lê Tiến Đạt Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

8 KS Đào Nguyên Anh Chi Hội Trường Đại học Mỏ - Địa chất

9 ThS Trần Phi Linh Chi Hội TĐ CN Than - KS Việt Nam

10 ThS Đinh Hữu Quyết Chi Hội TĐ CN Than - KS Việt Nam

Các cơ quan phối hợp thực hiện:

1 Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ; Viện Khoa học Công nghệ Mỏ;

2 Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ; Tập đoàn Công nghiệp TKV;

3 Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ; Trường Đại học Mỏ - Địa chất;

4 Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ các đơn vị thành viên TKV;

I Ảnh hưởng của chất lượng điện năng đến sự làm việc của thiết bị trong

các dây chuyền công nghệ

3

II Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở Việt Nam 11

III Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở nước ngoài 14

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP LUẬN PHỤC VỤ CHO VIỆC KHẢO SÁT,

ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG CUNG CẤP, TIÊU THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN

NĂNG TRONG CÁC MỎ HẦM LÒ QUẢNG NINH

17

I Cơ sở khoa học của việc xây dựng phương pháp luận phục vụ cho việc

khảo sát, điều tra thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng trong các xí

nghiệp mỏ

17

II Phương pháp xác định các chỉ tiêu chất lượng điện năng 22

CHƯƠNG III HIỆN TRẠNG TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, CUNG CẤP, TIÊU

THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC XÍ NGHIỆP MỎ KHU

VỰC QUẢNG NINH

26

II Khái quát hiện trạng sản xuất của ngành Than Việt Nam 27

III Hệ thống cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ khu vực Quảng Ninh 29

CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC

MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC QUẢNG NINH

46

I Xác định các chỉ tiêu chất lượng bằng phương pháp đo thực nghiệm 46

II Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng cung cấp điện bằng mô hình toán 47

III Đánh giá hiện trạng mạng cung cấp điện của một số khu vực mỏ điển

hình khu vực Quảng Ninh

51

CHƯƠNG V NHU CẦU SẢN LƯỢNG, MỨC ĐỘ CƠ GIỚI HÓA VÀ GIA

TĂNG PHỤ TẢI CỦA NGÀNH THAN VIỆT NAM TRONG GIAI ĐOẠN

ĐẾN 2025

62

II Quy hoạch phát triển ngành Than Việt nam giai đoạn đến 2015, định

hướng đến 2025

63

III Nhu cầu gia tăng phụ tải phù hợp với yêu cầu quy hoạch phát triển

ngành Than Việt nam đến 2015, định hướng đến 2025

67

CHƯƠNG VI ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH

VÀ AN TOÀN TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TĂNG SẢN LƯỢNG

80

I Nguồn và lưới điện trong các khu vực mỏ 80

II Cấp điện áp danh định cho các phụ tải mỏ 80

III Phân loại các phụ tải mỏ theo tiêu chí liên tục cung cấp điện 82

IV Sơ đồ cung cấp điện cho các mỏ than hầm lò 84

V Sử dụng cấp điện áp hợp lý cho các phụ tải mỏ 86

VI Sử dụng hợp lý các bộ biến tần và khởi động mềm cho hệ truyền động

Khoáng sản Việt Nam

PHỤ LỤC II Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ tiêu cung cấp điện cho các

đơn vị điển hình trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

PHỤ LỤC III Tổng hợp kết quả đo thực nghiệm xác định các chỉ tiêu cung

cấp điện cho các đơn vị điển hình trong đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản

Việt Nam

LỜI NÓI ĐẦU

Cung cấp điện năng đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng để đáp ứng yêu cầu công nghệ của các hộ tiêu thụ, nhằm giúp họ xuất xưởng những sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ là một yêu cầu cấp thiết và được hầu hết các nước công nghiệp phát triển quan tâm từ những năm 50 - 60 của thế kỷ trước Đó cũng là cơ

sở để các hộ tiêu thụ đưa ra các giải pháp sử dụng điện năng nói riêng và năng lượng nói chung tiết kiệm và hiệu quả, được đa số các nước trên thế giới lựa chọn ưu tiên để thực hiện “Chiến lược phát triển bền vững” trong giai đoạn hiện nay

Ngành công nghiệp mỏ trên thế giới là một trong những ngành có quá trình phát triển lịch sử lâu đời nhất Trải qua khoảng thời gian dài đó họ đã đúc kết được nhiều kinh nghiệm, nghiên cứu và đề ra những yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn hóa việc cung cấp điện năng, đòi hỏi các cơ sở cung cấp điện năng cho các xí nghiệp mỏ phải đáp ứng

Ở nước ta, than hiện vẫn là nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng khá lớn trong tổng số các dạng năng lượng cung cấp cho nền kinh tế Bể than Quảng Ninh hàng năm cung cấp tới 90% sản lượng than khai thác và trong 10 ÷ 15 năm tới đây vẫn

là nguồn cung cấp chủ yếu cho nền kinh tế Quốc dân và góp phần đáng kể trong kim ngạch xuất khẩu Vì vậy, về phía mình ngành Than cũng được các ngành khác thỏa mãn các nhu cầu, đặc biệt là cung cấp điện năng - nguồn năng lượng chính để các máy móc, thiết bị, phục vụ cho các dây chuyền khai thác, đào lò, vận tải, sàng tuyển, chế biến than có thể hoạt động hiệu quả, đáp ứng cho các yêu cầu của công nghệ Trong giai đoạn hiện nay cũng như những năm tới đây khi ngành than được tăng cường cơ giới hóa và hiện đại hóa với nhịp độ cao thì vấn

đề cung cấp điện ổn định và an toàn càng cần được quan tâm hơn bao giờ hết Tuy nhiên, mạng lưới cung cấp điện cho khu vực Quảng Ninh phần lớn đã được xây dựng từ 40 - 50 năm trước đây, nhiều khu vực ở trong tình trạng cũ nát, không đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật về cung cấp điện, nhất là cho các

mỏ than hầm lò Việc sử dụng điện năng cũng còn nhiều điều bất cập, tổn thất điện năng còn cao , cường độ năng lượng (mức tiêu hao năng lượng để sản xuất

ra 1 đơn vị giá trị - kgOE/đồng; kWh/T than khai thác) cũng ở mức cao hơn nhiều nước trên thế giới và trong khu vực Điều này chắc chắn là không thể đáp ứng với yêu cầu tăng cường sản lượng với nhịp độ cao của ngành Than trong

những năm tới đây, như đã vạch ra trong “Chiến lược phát triển ngành than từ nay đến 2015, định hướng đến 2025”, nhất là trong bối cảnh hiện có nhiều mỏ than lộ thiên đã trở nên cạn kiệt và ngành Than đã phải tiến hành mở thêm các

mỏ và khu khai thác mới, tăng cường khai thác các mỏ than hầm lò, đi sâu vào lòng đất với điều kiện địa chất mỏ ngày càng phức tạp, xuất hiện ngày càng nhiều hơn các mối hiểm họa về nguy hiểm nổ khí, bục nước và xập đổ đất đá bất ngờ, đe dọa gây nên những hậu quả nghiêm trọng, làm thiệt hại nhiều tài sản và sinh mạng của người lao động Do vậy, việc triển khai “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ than hầm lò Quảng Ninh đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa, hiện đại hóa ngành Than giai đoạn 2008-2025” thực sự là một nhu cầu cấp thiết

CHƯƠNG I

SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH,

AN TOÀN VÀ HIỆU QUẢ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN

1) Sự ảnh hưởng của độ lệch điện áp

Nguyên nhân làm cho điện áp lệch ra khỏi các giá trị định mức là do trong mạng phụ tải có các thiết bị điện thường xuyên phải làm việc ở chế độ có phụ tải thay đổi đột ngột và kèm theo đó là công suất tiêu thụ (chủ yếu là công suất phản kháng) cũng thường xuyên thay đổi Các phụ tải điển hình này có rất nhiều trong thực tế sản xuất, đó là:

• Các trạm kéo cấp cho tầu điện mỏ;

• Các thiết bị thường xuyên phải làm việc ở chế độ đảo chiều liên tục (trục tải, tời kéo, máy đẩy, các máy cán của phân xưởng cơ khí…)

• Các lò điện hồ quang trong các phân xưởng cơ khí;

• Các máy hàn điện tiếp xúc;

• Các bộ tụ điện

9 Độ lệch điện áp có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của động cơ không đồng

bộ ba pha, là phụ tải chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp Đường đặc tính

cơ của động cơ không đồng bộ ba pha khi được cấp điện với điện áp định mức và khi điện áp giảm đi được mô tả trên Hình 1.1

Với mức độ chính xác nhất định có thể cho rằng mômen quay của động cơ tỉ

lệ thuận với bình phương điện áp trên cực của động cơ Sự xuy giảm số vòng quay của động cơ phụ thuộc vào sự thay đổi mômen tải Mc và tình trạng mang tải của động cơ Mối quan hệ giữa số vòng quay của động cơ và điện áp trên cực động cơ được biểu diễn qua công thức:

n= − (1.1)

Ở đây: n c - tốc độ quay đồng bộ; k 3 - hệ số mang tải của động cơ;

U dm ; S dm - giá trị định mức của điện áp và hệ số trượt của động cơ

Hình 1.1 Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha khi được cấp

với điện áp định mức (M1) và khi điện áp giảm (M2)

Từ công thức (1.1) ta có thể thấy rõ ràng là nếu động cơ mang đầy tải thì khi điện áp giảm, số vòng quay của động cơ cũng giảm theo Khi điện áp trên cực động cơ giảm quá mức, mômen cản của động cơ có thể vượt quá giá trị của mômen quay, làm cho động cơ không thể quay được nữa Nếu như không cắt ra khỏi lưới, động cơ có thể bị cháy

Điện áp trên cực động cơ giảm làm cho điều kiện khởi động của động cơ giảm đi đáng kể, vì mômen khởi động bị giảm đi Người ta đã chứng minh là khi điện áp trên cực động cơ giảm thì cường độ từ trường của cuộn dây stator cũng giảm đi (đến 2 - 3% khi điện áp giảm 1%) và như vậy cùng với công suất tiêu thụ như trước thì dòng cũng phải tăng lên, làm cho cuộn dây bị nóng quá mức, cách điện của cuộn dây sẽ bị giảm đi đáng kể và tuổi thọ của động cơ cũng bị giảm theo Điện áp có giá trị thấp làm tăng đáng kể công suất phản kháng tiêu tán trên đường dây, trong các máy biến áp và các động cơ điện

Khi điện áp trên cực động cơ tăng quá giá trị định mức thì tiêu hao công suất phản kháng của động cơ cũng tăng Trung bình nếu điện áp trên cực động cơ tăng lên 1% thì công suất phản kháng tăng thêm từ 3% trở lên (chủ yếu do tăng dòng không tải của động cơ) Điều này làm tăng tổn hao công suất hữu công trong các thành phần của hệ thống cung cấp điện

9 Các đèn sợi đốt có các thông số đặc trưng sau đây: Công suất tiêu thụ Pdm; quang thông của đèn Fdm; hiệu suất của đèn ηdm (tỉ số giữa quang thông và

công suất tiêu thụ của đèn) và tuổi thọ của đèn Tdm Tất cả các chỉ số này

chịu ảnh hưởng rất lớn của giá trị điện áp cung cấp cho hệ thống chiếu sáng

(Hình 5.2) Khi điện áp cấp cho đèn tăng quá giá trị định mức, quang thông,

công suất và hiệu suất của đèn đều tăng nhưng tuổi thọ của đèn thì giảm đi

đáng kể, kèm theo đó là tổn thất điện năng tăng cao Sự dao động về điện áp

của hệ thống chiếu sáng cũng làm cho quang thông và độ rọi của đèn thay

đổi theo, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và sức khỏe của người lao động

9 Đèn huỳnh quang ít chịu ảnh hưởng hơn đối với sự dao động của điện áp

Khi điện áp tăng, công suất cũng như quang thông của đèn tăng, còn khi

điện áp giảm các giá trị trên cũng giảm Tuy nhiên, khi điện áp giảm thì đèn

huỳnh quang rất khó khởi động và tuổi thọ của đèn phụ thuộc vào sự phóng

của các điện tử trong dây tóc đèn, giảm đi đáng kể khi điện áp đặt vào đèn

kể cả khi có giá trị cao và giá trị thấp Khi điện áp của lưới chiếu sáng lệch

đi 10% thì tuổi thọ của đèn huỳnh quang trung bình giảm đi từ 20 đến 25%

Nhược điểm chính của đèn huỳnh quang là chúng tiêu thụ công suất phản

kháng mà công suất này càng tăng nếu điện áp của lưới chiếu sáng tăng

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa đặc tính của đèn phụ thuộc vào điện áp lưới

1 - công suất tiêu thụ; 2 - quang thông của đèn; 3 - hiệu suất đèn; 4 - tuổi thọ của

đèn;

9 Các bộ biến đổi là nguồn tiêu thụ công suất phản kháng (hệ số công suất của

các bộ biến đổi cho các máy công tác lớn thường là 0,3÷0,8) Điều này gây

nên sự dao động điện áp lớn trong lưới điện Hệ số “không sin” của các bộ

biến đổi tiristor cho các máy công tác lớn có thể đạt tới giá trị trên 30%

trong lưới cấp điện áp đến 10 kV Các bộ biến đổi thường có hệ thống tự

động điều chỉnh dòng một chiều nhờ bộ điều khiển pha Khi điện áp của

lưới tăng góc điều khiển của nó tự động tăng theo và tự động giảm đi khi điện áp giảm Khi điện áp tăng lên 1%, tiêu thụ công suất phản kháng của bộ biến đổi tăng theo từ 1÷1,4% Điều này làm cho hệ số công suất của lưới điện giảm đi đáng kể

9 Các lò điện rất nhạy cảm với sự dao động điện áp Khi điện áp của các lò

luyện giảm 7%, quá trình luyện thép phải kéo dài thêm hơn 1,5 lần Còn khi điện áp tăng thêm 5% thì tiêu hao điện năng lại tăng lên khá nhiều

2) Ảnh hưởng của dao động điện áp

9 Các thiết bị nhạy cảm với sự dao động điện áp là các đèn sợi đốt và các thiết

bị điện tử Sự dao động điện áp có tác động mạnh đến các thiết bị chiếu sáng, gây hại tới thị giác con người Sự nhấp nháy của nguồn sáng gây sự khó chịu, mệt mỏi, ảnh hưởng đến năng suất lao động cũng như tiềm ẩn nguy cơ gây tai nạn trong quá trình sản xuất Các thực nghiệm về sinh lý đã chứng minh rằng các tác động tiêu cực lên thị giác của con người khi đèn chiếu sáng nhấp nháy với tần số từ 3÷10 hez Do vậy, dao động điện áp cho các mạng chiếu sáng trong nhiều tiêu chuẩn của các nước không được vượt quá giá trị 0,5% Nếu điện áp chiếu sáng dao động trên 10% thì các đèn huỳnh quang không thể kích hoạt được

9 Dao động điện áp làm cho các hệ thống điện tử, tự động hóa, thông tin liên

lạc, quan trắc, giám sát, máy tính… không thể hoạt động được bình thường, gây tổn hại cho quá trình giám sát, điều hành sản xuất

9 Điện áp dao động lớn hơn 15% ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc của các

động cơ không đồng bộ Các cuộn hút giữ tiếp điểm của các rơle điều khiển, các attômat và khởi động từ cũng không giữ được, cản trở đến sự hoạt động bình thường của máy móc thiết bị trong các dây chuyền sản xuất

điện bù cũng như các bộ biến đổi bán dẫn

3) Ảnh hưởng của sự mất đối xứng pha

Sự mất đối xứng pha thường do bố trí các phụ tải không cân Do có mất đối xứng mà điện áp của pha này tăng cao hơn giá trị danh định, còn các pha khác có thể lại nằm dưới các giá trị này

9 Sự mất đối xứng pha ảnh hưởng trực tiếp đến các phụ tải, điển hình nhất là

các động cơ không đồng bộ Đối với các động cơ này thì điều đáng quan tâm là giá trị điện áp thứ tự ngược của nó Điện trở thứ tự ngược của động

cơ thường là xấp xỉ bằng với điện trở của động cơ khi hãm và có giá trị nhỏ

hơn điện trở thứ tự thuận từ 5÷8 lần Do vậy mà sự mất đối xứng không lớn

về điện áp cũng gây nên sự xuất hiện một dòng thứ tự ngược khá lớn Dòng thứ tự ngược chồng lên dòng thứ tự thuận sẽ gây nên sự phát nhiệt bổ sung cho stator và rôtor của động cơ, làm cho cách điện của động cơ chóng bị lão hóa, làm giảm hiệu suất của động cơ Người ta đã chứng minh rằng tuổi thọ của động cơ không đồng bộ mang đầy tải, khi làm việc trong lưới có điện

áp mất đối xứng 4% sẽ bị giảm đi 2 lần và nếu như sự mất đối xứng là 5% thì công suất của động cơ sẽ bị giảm đi từ 5÷10%

9 Sự mất đối xứng pha cũng gây nên tổn hao công suất và phát nhiệt trong

stator và rôtor, ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc của các động cơ đồng

bộ, có thể gây nên các rung lắc nguy hiểm cho động cơ, gây nên các mômen quay có giá trị thay đổi và lực văng theo phương tiếp tuyến với tần số dao động cao Nếu có sự mất đối xứng lớn, sự rung lắc có thể nguy hiểm cho động cơ, nhất là dễ bị hư hỏng các mối hàn “Quy phạm kỹ thuật vận hành trạm mạng điện” của CHLB Nga quy định rằng “Các máy phát và các máy

bù đồng bộ chỉ được phép làm việc lâu dài nếu như dòng trong mạch stator của chúng không vượt quá giá trị định mức 10%, trong trường hợp dòng trong các pha khác không vượt quá giá trị định mức”

9 Sự xuất hiện dòng thứ tự ngược và thứ tự không cũng sẽ gây nên sự tăng

tổng dòng trong các pha của lưới Điều này làm tăng tổn hao công suất hữu công và cũng gây phát nhiệt quá mức Dòng thứ tự không cũng thường chạy trong mạch tiếp đất, làm cho điện trở tiếp đất tăng lên do bị dòng này sấy khô, có thể gây nên mất an toàn điện giật hoặc sự hoạt động không chính xác của các bảo vệ, các thiết bị thông tin liên lạc và điều khiển từ xa

9 Sự mất đối xứng pha làm cho chế độ làm việc của của các bộ biến đổi, bộ

chỉnh lưu nhiều pha xấu đi rất nhiều - làm tăng đáng kể sự nhấp nhô của điện áp nắn, làm cho hệ thống điều khiển xung - pha của các bộ biến đổi tiristor không thể làm việc bình thường được

9 Khi điện áp mất đối xứng các tụ bù sẽ tiêu thụ công suất vô công ở các pha

không đều nhau Do vậy mà tụ điện không được sử dụng hết dung lượng lắp đặt Ngoài ra, do sự mất đối xứng của các pha mà chính các bộ tụ điện trong trường hợp này còn làm tăng thêm sự mất đối xứng bởi vì công suất phản kháng của tụ trong pha có điện áp thấp sẽ nhỏ hơn trong các pha khác (tỷ lệ thuận với bình phương điện áp của lưới) Sự mất đối xứng pha ảnh hưởng rất lớn đến các phụ tải một pha, các phụ tải điển hình trong trường hợp này

là các đèn chiếu sáng, các thiết bị bảo vệ, hệ thống rơle và đo lường

4) Sự ảnh hưởng của điện áp “không sin”

Nguyên nhân làm cho điện áp có độ lệch “không sin” là do trong mạng có

sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu, các bộ biến đổi tiristor, các lò điện hồ quang

và lò cảm ứng, các đèn huỳnh quang, các máy hàn điện tiếp xúc và hàn hồ quang, các bộ biến đổi tần số, các thiết bị văn phòng và dân dụng khác (máy tính, vô tuyến truyền hình.v.v…) Trong quá trình vận hành các thiết bị này tiêu hao một lượng điện năng để thực hiện một công có ích, bù đắp các tổn hao, đồng thời chúng cũng sản sinh ra các sóng hài bậc cao truyền vào lưới phân phối

Nhìn chung thì các thiết bị điện có đặc tính Von - Amper không tuyến tính được coi là nguồn sóng hài bậc cao, tác động lên nguồn điện áp hình sin Các sóng hài bậc cao khi đi qua các phần tử của lưới gây nên tổn hao điện áp trên các phần tử này, chồng lên các điện áp cơ bản hình sin, gây nên sự biến dạng sin điện

áp trong lưới Các chỉ tiêu chất lượng của nguồn cấp điện chịu tác động rất lớn của các bộ biến đổi công suất lớn, thành phần sóng hài bậc cao của dòng và áp trong lưới được xác định theo công thức:

n = mk ± 1 (1.2)

Ở đây: m – số pha của bộ biến đổi;

k - chuỗi liên tục của các số tự nhiên (0,1,2,3…);

Phụ thuộc vào sơ đồ của bộ biến đổi mà chúng có thể phát lên lưới các sóng hài bậc cao khác nhau

9 Điện áp “không sin” cũng mang lại những tổn hại giống như là sự mất đối

xứng Sóng hài bậc cao cũng gây nên tổn thất hữu công trên tất cả các phần

tử của hệ thống cung cấp điện như trong mạng cung cấp, máy biến áp, các máy điện, các bộ tụ điện bởi vì điện trở của các phần tử này phụ thuộc vào tần số

9 Các bộ tụ điện lắp đặt trong mạng để bù công suất phản kháng có dung

lượng giảm đi khi điện áp có tần số cao hơn, vì khi điện áp có sóng hài bậc cao thì điện trở của tụ điện giảm đi đáng kể Chính vì vậy mà ở các xí nghiệp có các phụ tải không tuyến tính các cụm tụ bù làm việc với hiệu quả rất thấp, gây nên sự tác động nhầm của các bảo vệ quá dòng hoặc gây nên

hư hỏng cách điện, làm phồng các bình chứa tụ điện Người ta cũng ghi nhận trong mạng 6-10 kV, các cụm tụ bù thường phải làm việc ở chế độ cộng hưởng dòng (hoặc là gần như vậy) ở một tần số nào đó của sóng hài, gây cho chúng bị quá tải theo dòng

Tiêu chuẩn GOST13109-97 của CHLB Nga quy định “Đường cong điện áp cung cấp cho thiết bị điện không được phép chứa những sóng hài bậc cao khi hệ thống làm việc ở chế độ xác lập”

5) Sự ảnh hưởng của dao động tần số

Một loạt nước có các tiêu chuẩn với yêu cầu rất khắt khe đối với sự dao động tần số của lưới cung cấp điện, bởi chúng có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc của thiết bị điện trong hệ thống, đặc biệt là đối với các quá trình công nghệ

và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị trong các xí nghiệp công nghiệp Sự dao động của tần số có ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần điện từ, liên quan mật thiết đến sự tiêu hao công suất hữu công và vô công trong mạng Người ta đã chứng minh rằng - nếu như tần số giảm đi 1% (0,5 hez) thì lượng tổn hao công suất trong mạng sẽ là 2%

Do sự dao động của tần số mà sự thiệt hại mang lại cho chất lượng sản phẩm trong dây chuyền công nghệ của xí nghiệp nhiều khi còn lớn hơn nhiều, so với những tổn hao kể trên Phân tích các dây chuyền công nghệ có tính chất liên tục của các xí nghiệp, người ta thấy rõ nhất sự ảnh hưởng của tần số tới sự làm việc của các thiết bị có hệ truyền động là các động cơ không đồng bộ ba pha Các động cơ này có tốc độ quay của rôtor tỉ lệ thuận với tần số của mạng cung cấp điện và năng suất của dây chuyền công nghệ thì lại phụ thuộc vào tốc độ quay của các động cơ này

Người ta biểu diễn mức độ ảnh hưởng của tần số nguồn điện đến năng suất của các máy móc thiết bị qua công thức tiêu thụ công suất hữu công của chúng như sau:

P = af n (1.3)

Ở đây: a – hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào dạng thiết bị;

f – tần số lưới điện; n – chỉ số mũ;

Phụ thuộc vào giá trị của “n”, thiết bị điện được phân chia ra các nhóm:

∗ nhóm thiết bị có mômen dạng quạt gió như các máy bơm ly tâm, các quạt

thông gió trong các xí nghiệp mỏ, các quạt hút khói trong các nhà máy điện, các lò cao.v.v…; chúng có n = 3;

∗ nhóm thiết bị có mômen cản cao như các máy bơm ly tâm của trạm bơm

trung tâm có chiều cao đẩy của cột nước lớn trong các mỏ hầm lò, từ đáy

mỏ lộ thiên, có n = 3,5÷4, chịu ảnh hưởng rất lớn của dao động tần số

Dao động tần số của điện áp có ảnh hưởng rõ rệt nhất đối với các thiết bị điện tử Dao động tần số quá +0,1 hez đã làm cho các tín hiệu của các màn hình

mônitor, camera theo dõi, màn hình vô tuyến bị méo đi rõ rệt Tần số ở trong khoảng từ 49,5÷49,9 hez làm cho tín hiệu trên màn hình biến dạng đến 4 lần so với tín hiệu chuẩn Tần số ở giới hạn <49,5 hez thì hầu hết các thiết bị thu phát tín hiệu trong tổ hợp thiết bị hoàn toàn không thể làm việc được

Tần số thấp trong mạng cung cấp điện cũng có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của thiết bị có cấu tạo bằng các vật liệu sắt từ như là các động cơ, máy biến

áp, các cuộn cảm… do sự tăng cao của dòng từ hóa, làm tăng sự nung nóng của các phần tử điện từ

6) Sự ảnh hưởng của các nhiễu điện từ

Trong mạng cung cấp điện có khá nhiều thiết bị chịu sự tác động của các nhiễu điện từ như các thiết bị điện tử, các hệ thống điều khiển vi xử lý, vi điện tử, các mạch vi xử lý trong các máy tính điện tử và chính các thiết bị này cũng gây nên nhiễu cho các thiết bị trong hệ thống Kết quả là chúng có thể làm tăng thêm

sự tác động nhầm lẫn của thiết bị điều khiển và bảo vệ Nguyên nhân của sự tác động nhầm lẫn này là do sự ảnh hưởng của quá trình quá độ của nhiễu điện từ, xuất hiện trong mạng cung cấp điện Các quá trình này có độ dài từ một vài chu

kỳ của dòng điện có tần số công nghiệp đến một vài giây và dải tần số nhiễu có thể đến vài chục mêgahez

Quá trình quá độ của nhiễu điện từ kéo theo đó là sự xụt giảm điện áp thường xuất hiện khi có ngắn mạch một pha hoặc của các pha với nhau, đôi khi

do tác dụng của dông sét cũng như do các phụ tải và tụ điện bù cắt ra khỏi lưới Người ta đã thống kê thấy có đến 55÷60 % lưới phân phối chịu tác động của nhiễu điện từ gây nên sự xuy hao điện áp đến 20% và có đến 60% trường hợp thiết bị phải ngừng hoạt động do điện áp giảm xuống quá 20% Các thiết bị điện

tử, tự động hóa và máy tính hết sức nhạy cảm với các dao động này vì các đường đặc tính biên độ - tần số của chúng phụ thuộc rất nhiều vào các đặc tính biên độ - tần số của mạng cung cấp điện

Nguyên nhân của sự xuất hiện các nhiễu điện từ trong hệ thống cung cấp điện có thể do sự quá điện áp khi xuất hiện hiện tượng chạm đất một pha, khi đóng cắt các tụ bù và các phin lọc cộng hưởng, khi cắt điện các đường cáp và máy biến áp non tải, khi đồng thời đóng cắt tiếp điểm của các cầu dao, khởi động

từ, bộ khống chế cũng như một loạt các nguyên nhân khác gây nên hiện tượng cộng hưởng sắt từ trong hệ thống cung cấp điện

Như vậy là chính nhu cầu phát triển phụ tải ngày càng cao trong hệ thống điện phục vụ cho phát triển sản xuất làm cho độ tin cậy cung cấp điện của toàn

hệ thống bị giảm đi đáng kể, làm tăng thêm xác suất xuất hiện các trường hợp ngừng cung cấp điện, các trường hợp sự cố ngoài ý muốn của con người, ảnh hưởng đến hiệu quả của sản xuất

Các chỉ tiêu chất lượng điện không phù hợp với tiêu chuẩn, khác với các giá trị danh định không chỉ ảnh hưởng đến năng suất của máy móc thiết bị, đến tuổi thọ của thiết bị Chất lượng điện năng không đảm bảo còn có khả năng gây nên các sự cố liên hoàn, gây nên sự tác động nhầm lẫn của các bảo vệ, đặc biệt có thể có những tín hiệu điều khiển các quá trình sản xuất bị sai lệch do có sự tác động nhầm lẫn của các thiết bị đóng cắt, và kết quả là xác suất xuất hiện hư hỏng cũng tăng lên theo gây nên những hậu quả không lường trước được

II Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở Việt Nam

Chất lượng điện năng đã được những người làm công tác năng lượng Việt Nam quan tâm từ những năm 80 của thế kỷ trước Trải qua những năm chiến tranh kéo dài, những năm cuối của thế kỷ 20 – giai đoạn khôi phục và xây dựng, ngành điện mới chỉ cố gắng đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, chúng ta chưa thể đòi hỏi ngành điện phải đáp ứng ngay cho các hộ tiêu thụ điện năng có chất lượng như các nước công nghiệp phát triển Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển chúng ta cũng đã thấy được mục tiêu phấn đấu của ngành điện nhằm hướng tới những mục tiêu này, đó là:

1) Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84

Ngày 21 tháng 11 năm 1984 theo đề nghị của Bộ Điện Lực, Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84 quy định về “Mức chất lượng điện năng ở các thiết bị tiêu thụ điện năng nối vào lưới điện công dụng chung” Trong đó quy định:

Điều 2.1 Chỉ tiêu chất lượng điện năng cho thiết bị tiêu thụ điện bao gồm:

a) Độ lệch tần số, độ lệch điện áp khi cung cấp điện từ lưới điện một pha; b) Độ lệch tần số, độ lệch điện áp, sự dịch chuyển trung tính ở tần số cơ bản khi cung cấp điện từ lưới ba pha

Điều 3.1 Độ lệch tần số cho phép so với tần số danh định trong chế độ làm việc

bình thường phải nằm trong phạm vi ±0,5 hez;

Điều 3.2 Độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng nằm trong giới

hạn -10%÷5% so với điện áp danh định Đối với các thiết bị tiêu thụ điện khác, độ lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn ±8% so với điện áp danh định

2) Nghị định số 45/2001/NĐ-CP của Chính phủ

Ngày 02/08/2001 Chính phủ đã ban hành Nghị định số 45/2001/NĐ-CP về

“Các hoạt động điện lực và sử dụng điện” Trong đó quy định:

Điều 17 Tổ chức, cá nhân sản xuất điện có nghĩa vụ:

1) Thực hiện các nội dung ghi trong giấy phép đầu tư hoặc quyết định đầu tư, giấy phép hoạt động điện lực và các giấy phép khác theo quy định của pháp luật;

2) Thực hiện đầy đủ các thỏa thuận trong hợp đồng đã ký với bên mua điện, hợp đồng với đơn vị truyền tải, các bên có liên quan khác và các quy định của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia;

3) Bảo đảm sản xuất điện ổn định, an toàn và chất lượng điện năng;

4) Bảo đảm các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường theo quy định của pháp luật; 5) Chịu sự kiểm tra, giám sát của các cơ quan quản lý nhà nước theo quy định của pháp luật;

6) Thực hiện các nghĩa vụ khác theo quy định của pháp luật

Điều 31 Bên bán phải đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho bên mua theo

quy định sau:

1) Về điện áp: Trong điều kiện bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng ±5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cosϕ) ≥ 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thoả thuận trong hợp đồng Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5 % đến –10 %

2) Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ±0,2 hez so với tần số định mức là 50 hez Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ±0,5 hez

3) Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu chuẩn quy định tại các khoản 1 và 2 của Điều này thì các bên phải thoả thuận trong hợp đồng

Điều 32 quy định:

1) Trong điều kiện lưới điện đảm bảo chất lượng điện năng theo quy định, bên mua điện để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có công suất sử dụng từ 80kW hoặc máy biến áp có dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo cosϕ ≥ 0,85 tại điểm đặt công tơ mua bán điện

2) Trường hợp cosϕ < 0,85, bên mua điện phải thực hiện các biện pháp:

a) Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng, nâng cosϕ đạt từ 0,85 trở lên; b) Mua thêm công suất phản kháng trên hệ thống điện của bên bán

3) Trường hợp bên mua điện có khả năng phát công suất phản kháng lên lưới, hai bên có thể thoả thuận việc mua, bán đó trong hợp đồng Bộ Công nghiệp, Ban Vật giá Chính phủ hướng dẫn việc mua, bán công suất phản kháng quy định tại khoản 2 và khoản 3 của Điều này

3) Quy phạm trang bị điện của Bộ Công nghiệp

“Quy phạm trang bị điện” được ban hành theo Quyết định số 19/2006/ BCN, ngày 11/07/2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp là một bước tiến mới trong việc đưa dần các chỉ tiêu chất lượng điện của Việt Nam phù hợp với Tiêu chuẩn của các nước công nghiệp phát triển Quy phạm này có bốn phần được biên soạn thành dạng Tiêu chuẩn của ngành điện, trong đó:

QĐ-∗ Phần I Quy định chung – ký hiệu 11 TCN-19-2006;

∗ Phần II Hệ thống đường dây điện – ký hiệu 11 TCN-20-2006;

∗ Phần III Thiết bị phân phối và trạm biến áp – ký hiệu 11 TCN-21-2006;

∗ Phần IV Bảo vệ tự động – ký hiệu 11 TCN-22-2006

Về chất lượng điện áp và điều chỉnh điện áp TCN-19-2006 có quy định:

Điều 1.2.39 Mức điện áp tại các điểm trong lưới điện phải xác định theo phương

thức vận hành và theo chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu Trong điều kiện bình thường, độ lệch điện áp được phép dao động trong khoảng ±5 % so với điện áp danh định và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận

Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được phép dao động trong phạm vi từ –10 % đến +5 %

Điều 1.2.40 Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, MBA đến 35kV

phải có điều chỉnh điện áp trong phạm vi ±5% điện áp danh định

Điều 1.2.41 Ở chế độ làm việc bình thường của trạm cấp điện, trong thời gian

tổng phụ tải giảm đến 30 % so với trị số phụ tải lớn nhất, điện áp tại thanh cái phải duy trì ở mức điện áp danh định của lưới

Điều 1.2.42 Để điều chỉnh điện áp, ở lưới điện 110 kV trở lên nên dùng máy

biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải có dải điều chỉnh ±(10%÷15%) Ngoài ra cần xét đến việc dùng thiết bị điều chỉnh điện áp tại chỗ như:

Điều 1.2.44 Trong điều kiện làm việc bình thường, tần số hệ thống điện được

phép dao động trong phạm vi ±0,2 hez so với tần số danh định là 50 hez Trong trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là

±0,5 hez

Phía hộ tiêu thụ điện có công suất sử dụng từ 80 kW trở lên hoặc máy biến

áp có dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo có hệ số công suất cos φ

≥ 0,85 tại điểm đặt công tơ mua bán điện Trong trường hợp cos φ < 0,85 thì phải thực hiện các biện pháp sau:

∗ Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng nâng cos φ đạt từ 0,85 trở lên;

∗ Mua thêm công suất phản kháng trên hệ thống điện của phía cung cấp

∗ Trường hợp phía hộ tiêu thụ có khả năng phát công suất phản kháng lên

lưới, hai bên có thể thỏa thuận việc mua bán đó trong hợp đồng

III Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở nước ngoài

Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng được hầu hết các nước công nghiệp phát triển quan tâm từ rất sớm và họ đã đặt ra các Tiêu chuẩn Quốc gia, quy định rất chi tiết về các chỉ tiêu này Tiêu chuẩn Quốc gia ГОСТ 13109-97 của CHLB Nga được soạn thảo, thay thế cho các Tiêu chuẩn của Liên Xô (cũ) phù hợp với các Tiêu chuẩn IEC 868, IEC 1000-3-2, IEC 1000-3-3, IEC 1000-4-

1 của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế Trong các Tiêu chuẩn này, người ta quy

định hai giá trị về các chỉ tiêu chất lượng điện năng, đó là: các giá trị cho phép

và các giá trị giới hạn Các giá trị này được xác định trong khoảng thời gian là

24 h và có các giá trị quy định như sau:

1) Độ lệch điện áp

Độ lệch điện áp được quy định bởi giá trị độ lệch theo giá trị của điện áp danh định như sau:

∗ Độ lệch cho phép và giá trị giới hạn của độ lệch điện áp δ Uy trên cực các

phụ tải tương ứng là ±5 % và ±10 % các giá trị danh định của điện áp;

∗ Độ lệch cho phép và giá trị giới hạn của độ lệch điện áp ở điểm đấu nối

chung với mạng điện phân phối khu vực ở cấp điện áp 0,38 kV và các cấp

cao hơn, cung cấp cho các hộ tiêu thụ, được đưa vào các hợp đồng ký kết giữa cơ quan cung cấp điện và các hộ tiêu thụ, phù hợp với quy định của Tiêu chuẩn được các cấp có thẩm quyền phê duyệt

2) Dao động điện áp

Dao động điện áp được đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau đây:

9 Biên độ dao động điện áp (δ Ut);

9 Mức độ nhấp nhô của điện áp

∗ Đối với mạng hạ áp người ta quy định - Giá trị giới hạn cho phép của tổng

độ lệch điện áp thực tế δ U y và biên độ dao động δ U t tại điểm kết nối với lưới điện 0,38 kV là ±10% giá trị danh định

∗ Mức độ nhấp nhô ngắn hạn được xác định trong khoảng thời gian quan trắc

là 10 min, còn đối với mức độ nhấp nhô kéo dài thì được xác định trong khoảng thời gian quan trắc là 2 h

∗ Phương pháp tính toán, xác định mức độ nhấp nhô ngắn hạn và mức nhấp

nhô kéo dài đối với các dao động điện áp có hình dạng khác nhau được thực hiện theo các hướng dẫn riêng

3) Điện áp “không sin”

Điện áp “không sin” được đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau:

9 Hệ số méo “không sin” của đường cong điện áp;

9 Hệ số thành phần sóng hài bậc “n” của điện áp

Các chỉ tiêu này được quy định trong Tiêu chuẩn như sau:

Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của hệ số méo “không sin” và của hệ số thành phần sóng hài bậc “n” của đường cong điện áp tại điểm đấu nối với mạng phân phối điện khu vực với các cấp điện áp định mức khác nhau được cho trong các bảng tra cứu riêng

4) Sự mất đối xứng của điện áp

Sự mất đối xứng của điện áp được xác định bởi các chỉ tiêu sau:

9 Hệ số mất đối xứng thứ tự ngược của điện áp;

9 Hệ số mất đối xứng thứ tự không của điện áp

Các giá trị cho phép của các chỉ tiêu này quy định như sau:

∗ Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của hệ số mất đối xứng của

điện áp thứ tự ngược tại điểm đấu nối chung với mạng phân phối khu vực

tương ứng có giá trị là 2,0 % và 4,0 %

∗ Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của hệ số mất đối xứng của

điện áp thứ tự không tại điểm đấu nối chung với mạng phân phối khu vực đối với mạng ba pha bốn dây điện áp 0,38 kV tương ứng có giá trị là 2,0%

và 4,0 %

5) Độ lệch về tần số: Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của độ lệch

tần số tương ứng là ± 0,2 hez và ± 0,4 hez

6) Độ sụt áp

Độ sụt của điện áp được đánh giá bởi chỉ tiêu - khoảng thời gian sụt áp kéo dài Giá trị giới hạn cho phép của khoảng thời gian sụt áp trong lưới điện phân phối đến cấp điện áp 20 kV theo quy định là 30 sec Khoảng thời gian khắc phục sụt áp tại bất cứ điểm nào ở điểm đấu nối của lưới phân phối được xác định bao gồm cả khoảng thời gian trễ tác động của các rơle bảo vệ và thiết bị tự động hóa

7) Xung điện áp

Xung điện áp được đặc trưng bởi chỉ số điện áp xung Giá trị của các xung điện áp do sét và các thiết bị đóng cắt có trong mạng phân phối của các cơ quan cung cấp điện được cho trong các tài liệu riêng

8) Quá điện áp đột ngột

Hiện tượng quá áp đột ngột (tức thời) được đặc trưng bởi hệ số quá áp đột ngột Giá trị của hệ số quá áp đột ngột, xuất hiện trong các mạng phân phối của các cơ quan cung cấp điện cho trong các tài liệu riêng

Như vậy là các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng là khá đa dạng, được hầu hết các nước công nghiệp phát triển quan tâm từ rất sớm và họ đã đặt

ra các Tiêu chuẩn Quốc gia bao gồm nhiều chỉ tiêu, có các yêu cầu và quy định rất chi tiết về các chỉ tiêu này Các Tiêu chuẩn của các nước hiện đều tuân theo các Tiêu chuẩn IEC của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế Trong quá trình hòa nhập để phát triển Việt Nam cũng cần thiết phải ban hành các Tiêu chuẩn (TCVN) phù hợp với các Tiêu chuẩn kể trên

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP LUẬN PHỤC VỤ CHO VIỆC KHẢO SÁT, ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG CUNG CẤP, TIÊU THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MỎ HẦM LÒ QUẢNG NINH

I Cơ sở khoa học của việc xây dựng phương pháp luận khảo sát, điều tra thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng trong các xí nghiệp mỏ

Ngành than của nước ta hiện nay được cơ cấu tổ chức theo ngành dọc Hiện tại có 29 Công ty và mỏ được khai thác bằng phương pháp lộ thiên, trong đó có 6

mỏ lớn có công suất thiết kế từ 1 triệu đến 3 triệu tấn/năm; các mỏ còn lại có công suất từ 200.000 đến 600.000 tấn/năm Ở các mức sâu, than được khai thác bằng phương pháp hầm lò Hiện có 5 mỏ trong tổng số 14 mỏ hầm lò có công suất từ 300.000 đến 2,0 triệu tấn/năm Các mỏ này đang trong giai đoạn được đầu tư, cải tạo và gia tăng sản lượng Nhiều khu vực mỏ (lò chợ, các lò chuẩn bị, các công nghệ phụ trợ) đang được đầu tư trang bị các thiết bị và dây chuyền công nghệ cơ giới hóa cho năng suất cao

Như vậy, căn cứ vào cơ cấu tổ chức hiện tại của ngành than, chúng ta có thể lựa chọn phương án để phục vụ cho việc khảo sát điều tra thực trạng tiêu thụ và

sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình trong ngành than như sau:

9 Chọn các cơ sở điều tra là các mỏ, có các dây chuyền công nghệ đặc trưng của các xí nghiệp mỏ trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam;

9 Chọn các cơ sở điều tra là các mỏ, có điều kiện địa chất mỏ đặc trưng (vị trí địa lý, khai thác bằng lò giếng, lò bằng, ở mức nông, mức sâu, có khả năng tăng cường cơ giới hóa );

Xác định cách lựa chọn điều tra theo các đơn vị điển hình này cho phép ta có thể so sánh và đánh giá những điểm mạnh, điểm yếu trong khâu tiêu thụ và sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình trong ngành với số lượng các đơn vị điều tra không quá nhiều và cho các đơn vị có qui mô tương đối lớn Kết quả phân tích, đánh giá tình hình tiêu thụ và sử dụng điện năng của mỗi đơn vị cơ sở

có thể giúp ta tiến hành triển khai việc đánh giá, đưa ra bức tranh tổng quan về tình hình tiêu thụ và sử dụng điện năng ở mỗi xí nghiệp và chung cho các mỏ hầm lò trong ngành một cách dễ dàng và thuận lợi hơn Điều này cũng có thể giúp cho các nhà quy hoạch, hoạch định chính sách và kế hoạch hoá đưa ra các

chính sách, lộ trình phát triển công nghệ cũng như dự báo về nhu cầu tiêu thụ và

sử dụng năng lượng phù hợp với điều kiện cụ thể của toàn ngành cũng như cho từng đơn vị cơ sở

Để có thể đưa ra các nhận xét đúng đắn, làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp quản lý và kỹ thuật trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng, cần phải tiếp nhận được các số liệu, bảng biểu để có thể thu lượm được những thông tin chính xác, tỷ mỉ và tương đối đầy đủ về các đối tượng điều tra Các số liệu điều tra thu được từ các mẫu biểu qua các số liệu thống kê và đo đạc trong thực

tế vận hành sẽ được phân tích, đánh giá, so sánh với các chuẩn thích hợp và với các kết quả tính toán (tốt nhất là trên các mô hình toán), sẽ cho phép ta có được những nhận xét, đánh giá chính xác về thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình, làm cơ sở cho việc đưa ra các giải pháp kỹ thuật, xây dựng các mô hình quản lý và tiêu thụ điện năng tiết kiệm và hiệu quả, đáp ứng nhu cầu cơ giới hóa khi gia tăng sản lượng Tất cả những nội dung công việc mô

tả quá trình điều tra, đánh giá thực trạng và đề xuất mô hình điển hình trong tiêu thụ và sử dụng điện năng của các xí nghiệp trong ngành than có thể mô tả trên sơ

đồ khối Hình 2.1

Trong thực tế sản xuất của các xí nghiệp hiện đang tồn tại một hệ thống thống kê, trong đó tiến hành việc theo dõi các số liệu về tiêu thụ điện năng cũng như tình trạng vận hành của các máy móc, thiết bị mỏ, phản ánh các mặt sản xuất kinh doanh cũng như hiệu quả sử dụng năng lượng Các số liệu thu thập được từ các số liệu thống kê cũng như đo đạc được trong thực tế thường phản ánh các yếu tố ảnh hưởng một cách ngẫu nhiên trong những điều kiện nhất định Tập hợp các số liệu thông tin theo yếu tố thời gian và không gian cho phép chúng ta xác định được các giá trị điển hình cũng như các giá trị trung bình trên quan điểm xác suất thống kê

Đối với các đại lượng mà chuẩn so sánh là các giá trị trung bình, thì bằng phương pháp nói trên ta xác định giá trị trung bình xác suất của chúng Trong trường hợp này đặc trưng cho tập hợp các giá trị rời rạc “Xi” là giá trị kỳ vọng toán như sau:

X

M

1

)

( (2.1)

1

) (

n

σ (2.2)

Trường hợp chỉ muốn so sánh với các giá trị giới hạn nhất định trong chuẩn, thì khi xử lý các số liệu chỉ cần so sánh và đưa ra các thông tin về trạng thái giới hạn nhất định của các giá trị

Phương pháp luận phục vụ cho việc khảo sát, điều tra thực trạng tiêu thụ và

sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình trong ngành than, làm cơ sở cho việc đánh giá và đề xuất các chỉ tiêu, mô hình điển hình có thể được chia ra thành các bước chính sau đây:

Bước 1: Xây dựng các tiêu chí để tiến hành khảo sát, điều tra

Để có thể xây dựng được các tiêu chí phục vụ cho việc khảo sát, điều tra, thiết lập các biểu mẫu điều tra, tiến hành điều tra khảo sát thực tế, xử lý các số liệu và sau đó là tiến hành đánh giá, xây dựng các mô hình mẫu về sử dụng điện năng, chúng ta có thể thấy rằng vai trò của các chuyên gia là rất quan trọng Do vậy, cần tổ chức các nhóm chuyên gia am hiểu sâu sắc các lĩnh vực có liên quan đến các khâu công nghệ cơ bản của ngành, trên các lĩnh vực chính sau đây:

ƒ Nhóm chuyên gia am hiểu về công nghệ trong các mỏ than hầm lò: xây dựng các tiêu chí chuẩn mực để điều tra và đánh giá các nội dung có liên quan đến công nghệ trong khai thác và xây dựng các công trình ngầm trong mỏ;

ƒ Nhóm chuyên gia thông thạo về các vấn đề có liên quan đến công tác cơ điện mỏ, có khả năng xây dựng các tiêu chí chuẩn mực để điều tra và đánh giá các nội dung liên quan đến hệ thống cung cấp điện, các trạm mạng, thiết

So sánh các số liệu thông tin thu thập được với các chuẩn

và kết quả có được trên mô hình toán

Đánh giá, đề xuất các giải pháp và các chỉ tiêu chất lượng

Hình 2.1 Sơ đồ khối mô tả quá trình điều tra, đánh giá thực trạng, đề xuất các giải pháp và chỉ tiêu cung cấp điện đáp ứng yêu cầu cho các xí nghiệp mỏ

Tiêu chí phục vụ cho việc khảo sát, điều tra sẽ được chi tiết hoá đến từng công đoạn, các thông số đặc trưng của mạng cung cấp điện, các chủng loại trang thiết bị với các chỉ tiêu, thông số của chúng;

Bước 2: Xây dựng các biểu mẫu điều tra

Trên cơ sở các tiêu chí để phục vụ cho việc tiến hành khảo sát, điều tra và đánh giá được xây dựng ở bước 1, chúng ta tiến hành xây dựng các biểu mẫu điều tra để thu thập được các thông tin cần thiết phục vụ cho các nội dung nêu ra

ở trên theo các tiêu chí chuẩn mực đã đề ra

Các biểu mẫu điều tra, khảo sát cần quan tâm và đưa ra được các nội dung này để có thể thu thập được các thông tin đầy đủ phục vụ cho việc đánh giá một cách toàn diện và chính xác hơn, đó là các mẫu điều tra về:

9 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điện năng của xí nghiệp với các số liệu có liên

quan đến tiêu thụ điện năng với các hệ số và chỉ tiêu đặc trưng của chúng, các chỉ tiêu liên quan đến sản xuất kinh doanh (sản lượng…);

9 Phiếu điều tra về các chủng loại trang thiết bị điện phục vụ trong khâu cung

cấp điện (từ trạm biến áp trung tâm 35/6 kV đến các trạm biến áp khu vực) với các thông số đặc trưng của chúng (mã hiệu, công suất, cấp điện áp, các tổn hao, điện áp ngắn mạch, dòng không tải…) Chú ý đến các trang thiết bị

và hệ truyền động mới đã được triển khai áp dụng ở các khu vực điển hình;

9 Các thông số đặc trưng của các mạng cấp điện cao, hạ áp (mã hiệu, chủng

loại, cấp điện áp, chiều dài, tiết diện, số lượng lõi…) của các đường dây trên không và mạng cáp;

9 Các thông số đặc trưng của các thiết bị đóng cắt trong mạng phân phối và

các thiết bị trong hệ truyền động (nơi lắp đặt, mã hiệu, cấp điện áp, công suất, dòng định mức, hiệu suất thiết bị, hệ số công suất…);

Bước 3: Tiến hành điều tra, khảo sát đối với các đơn vị điển hình

Việc điều tra, khảo sát được thực hiện song song bằng hai cách:

9 Gửi các bộ Phiếu điều tra đã lập đến với tất cả các đơn vị điển hình đã lựa

chọn của ngành than Cần đôn đốc và hướng dẫn nếu cần để các cơ sở có thể trả lời chính xác và tỷ mỉ các yêu cầu của phiều điều tra Người có trách nhiệm trả lời các câu hỏi của Phiếu điều tra tốt nhất là cơ điện trưởng của các xí nghiệp;

9 Cử các cán bộ trong nhóm nghiên cứu đến các xí nghiệp điển hình đã lựa

chọn để:

∗ Chuẩn lại các thông tin thu thập được qua các bộ Phiếu điều tra, nhận lại

từ các đơn vị cơ sở;

∗ Tiến hành khảo sát cụ thể mạng cung cấp điện cùng với hệ thống cung cấp

điện và các trang thiết bị đang vận hành trong các khu vực điển hình về công nghệ được lựa chọn của xí nghiệp (chuẩn lại các thông số và thực trạng sơ đồ mạng cung cấp điện Thường thì các sơ đồ này thay đổi và biến động theo thời gian);

∗ Lắp đặt các thiết bị đo trong một số ca điển hình, tại các khu vực điển hình

được lựa chọn Theo dõi và ghi chép tỷ mỉ các số liệu đo (nếu không có các hệ thống tự ghi) Khi theo dõi cần chú ý đến các thông số điển hình, có khả năng ảnh hưởng đến các chỉ tiêu quan trọng trong cung cấp và sử dụng điện năng như: tổn hao điện áp, công suất, thời gian mang tải cực đại, cực tiểu của mạng, hệ số công suất…;

Bước 4: Xử lý các số liệu thông tin thu thập được từ các nguồn

Ở bước này chúng ta tiến hành thu nhận và xử lý các số liệu thông tin thu lượm được từ các bộ Phiếu điều tra và từ các số liệu khảo sát điều tra trong thực

tế sản xuất Kết quả của bước này là:

9 Chuẩn lại các thông tin không chính xác từ các bộ phiếu điều tra đã gửi cho

các cơ sở;

9 Xử lý các số liệu khảo sát qua về tình hình tiêu thụ và sử dụng điện năng

của các khu vực điển hình và các xí nghiệp điển hình trong ngành than;

9 Đánh giá về tình hình tiêu thụ và sử dụng điện năng của đơn vị điển hình

Đặc biệt chú ý đến các chỉ tiêu có tính chất đặc trưng của mạng cung cấp điện, liên quan đến vấn đề tổn hao điện năng cũng như liên quan đến việc xác định các tiềm năng tiết kiệm năng lượng của khu vực sản xuất, dây

chuyền công nghệ và cho toàn xí nghiệp điển hình;

Bước 5: So sánh các số liệu thông tin thu thập được với các chuẩn và kết quả xác định được trên mô hình toán

Để có thể thực hiện được các nội dung trong bước này cần:

9 Nghiên cứu thu thập các dữ liệu có liên quan đến các tiêu chí chuẩn về cung

cấp và sử dụng điện năng trong ngành than (tổn hao điện năng; tổn hao điện áp; hệ số công suất; hệ số yêu cầu; hệ số mang tải; suất tiêu hao điện năng; cường độ tiêu thụ năng lượng…);

9 Nghiên cứu thiết lập các mô hình toán mạng cung cấp điện với đầy đủ các

thông số đặc trưng của mạng cùng với các phụ tải cho các khu vực điển hình của các xí nghiệp đã lựa chọn;

9 Cho chạy các mô hình để xác định các tiêu chí đặc trưng của khu vực điển

hình theo tính toán;

9 So sánh các kết quả tính toán với các số liệu khảo sát, điều tra từ thực tế và

qua các bộ Phiếu điều tra, chỉ ra những điều bất hợp lý trong tiêu thụ và sử dụng điện năng;

Bước 6: Đánh giá tổng hợp và đề xuất các chỉ tiêu cung cấp điện ổn định, an toàn và hiệu quả phù hợp với điều kiện các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Trên cơ sở kết quả so sánh các số liệu khảo sát, điều tra và tính toán trên mô hình toán, đối chiếu với các tiêu chuẩn hiện hành trong cung cấp và sử dụng điện năng, cuối cùng ta có thể đánh giá một cách tổng hợp thực trạng cung cấp và sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình, chỉ ra những tồn tại trong việc sử dụng điện năng, xây dựng các tiêu chỉ chuẩn mực trong việc cung cấp điện ổn định, an toàn và hiệu quả phù hợp với điều kiện các mỏ hầm lò trong điều kiện được tăng cường cơ giới hóa và cũng từ đó có thể kiến nghị những giải pháp để triển khai

áp dụng vào thực tế sản xuất và xây dựng các mô hình mẫu đáp ứng các yêu cầu

đã đặt ra cho toàn ngành

II Phương pháp xác định các chỉ tiêu chất lượng điện năng

Để xác định các chỉ tiêu chất lượng điện năng, người ta thường thực hiện cả bằng phương pháp đo trực tiếp kết hợp với phương pháp tính toán

2 Xác định độ lệch điện áp

Việc xác định độ lệch điện áp δUy được thực hiện như sau:

∗ Đối với mỗi số liệu đo thứ “i” trong khoảng thời gian đo là 24h, thực hiện

các phép đo và ghi chép giá trị điện áp Đối với các mạng ba pha – các giá trị này là giá trị tức thời của điện áp pha cũng với tần số cơ bản của dòng

điện U (1)i, có thể xác định bằng công thức gần đúng sau đây:

U 1(1)i=1

3(U AB(1)i +U BC(1)i +U CA(1)i) (2.3)

Ở đây: U AB(1)I ; U BC(1}I ; U CA(1)I – giá trị tức thời của điện áp pha ở tần số 50

hez tại các thời điểm đo “i”; tính bằng V hoặc kV;

∗ Giá trị trung bình của điện áp U y (đo bằng V và kV) được tính như là giá trị trung bình của N phép đo của điện áp U (1)I với các giá trị đo cách nhau 1 phút một lần:

Uy =

2 1

N i i

U N

=

Ở đây: U i – giá trị điện áp U (1)i ở “i” lần đo tính bằng V; kV;

Số lần đo trong 1 phút không được nhỏ hơn 18 số đo

∗ Giá trị của độ lệch điện áp (δ Uy ) bằng phần trăm có thể tính theo công thức sau:

Ở đây: Uном – Gía trị định mức của điện áp pha; V, kV

∗ Chất lượng điện năng đánh giá trên chỉ tiêu độ lệch điện áp ở vị trí kết nối

với lưới điện chung theo tiêu chuẩn của một số nước được xác định bởi các giá trị đo với các khoảng thời gian cách nhau 1 phút trong thời gian là 24 h

Ở đây: U i , U i+1 – giá trị các trị số cực đại liên tiếp hoặc là trị số cực đại và

trị số ở đoạn nằm ngang của đường cong giá trị trung bình bình phương của điện áp ở tần số cơ bản, được xác định trong mỗi nửa chu kỳ của tần số cơ bản; tính bằng V, kV

∗ Tần số lặp lại của dao động điện áp Fδ Ut , tính bằng [s-l], [min-1], trong chu

kỳ dao động điện áp được tính theo công thức:

FδUt=m

Ở đây: т – số lần dao động điện áp trong khoảng thời gian T;

T – Khoảng thời gian thực hiện phép đo, 10 phút;

∗ Xác định chất lượng điện áp đối với các dao động có dạng tuần hoàn và

không tuần hoàn, với các hình dáng khác nhau được hướng dẫn tỉ mỉ trong

Báo cáo chuyên đề

3 Xác định mức độ “không sin” của đường cong điện áp

Đo hệ số của thành phần sóng hài bậc “n” của điện áp K (n)i được thực hiện

đối với điện áp giữa các pha (điện áp pha) Đối với mỗi quan trắc “i” trong

khoảng thời gian quan trắc 24 h, xác định giá trị thực của điện áp có sóng hài bậc

“n” U (n)i , đo bằng V và kV

∗ Giá trị hệ số K U(n)i thành phần sóng hài bậc “n” của điện áp, tính bằng phần

trăm, như là kết quả của quan trắc “i” theo công thức sau:

K U(n)i= ( )

100

n t ном

U

∗ Giá trị hệ số K U(n)i thành phần sóng hài bậc “n” của điện áp bằng phần trăm,

chính là tính giá trị trung bình của K U(n)i với N quan trắc trong khoảng thời

gian T vs bằng 3 sec, theo công thức:

K U(n)=

2 ( ) 1

N

U n i i

K N

=

∑

Số lần quan trắc N không được nhỏ hơn 9

4 Xác định sự mất đối xứng của điện áp

Xác định hệ số mất đối xứng của điện áp thứ tự ngược K 2U đối với các pha

được thực hiện như sau:

∗ Thực hiện việc đo đồng thời điện áp giữa các pha ở tần số cơ bản U AB(1)i,

U BC(1)i , U CA(1)i đối với mỗi quan trắc “i” trong khoảng thời gian 24 h, tính

bằng V hoặc kV

∗ Tính giá trị thực của điện áp thứ tự ngược U 2(1)i, tần số cơ bản theo công

thức sau:

Ở đây: U нб(1)i , U нм(1)i – giá trị thực lớn nhất và nhỏ nhất từ ba số liệu đo của

điện áp giữa các pha, tần số cơ bản trong quan trắc “i”, tính bằng V hoặc kV

∗ Xác định hệ số mất đối xứng của điện áp thứ tự ngược К 2Ui, tính bằng phần

trăm (%) trong “i” quan trắc theo công thức sau:

K 2Ui= 2(1)

1(1)

100

i i

U

Ở đây: U 2(1)i – giá trị thực của điện áp thứ tự ngược, tần số cơ bản, trong

mạng ba pha ở “i” quan trắc, tính bằng V hoặc kV;

U l(l)i – giá trị thực của điện áp thứ tự thuận, tần số cơ bản, ở quan trắc “i”, tính bằng V hoặc kV;

∗ Xác định giá trị hệ số mất đối xứng của điện áp thứ tự ngược К 2U, tính bằng

phần trăm, chính bằng giá trị trung bình của N quan trắc К 2Ui trong khoảng thời gian T vs, bằng 3 sec theo công thức sau:

K 2U=

2 2 1

N Ui i

K N

=

∑

Số lượng quan trắc N không được nhỏ hơn 9

∗ Chất lượng điện năng theo hệ số mất đối xứng của điện áp thứ tự ngược ở

điểm nối với mạng khu vực được cho là đáp ứng được yêu cầu của Tiêu chuẩn, nếu như giá trị số liệu đo lớn nhất của hệ số mất đối xứng điện áp thứ tự ngược trong khoảng thời gian quan trắc là 24 h, không có số nào lớn hơn giá trị giới hạn cho phép

Như vậy là phương pháp luận phục vụ cho việc khảo sát điều tra thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng trong ngành Than được thực hiện theo từng bước đối với các đối tượng điển hình và để xác định các chỉ tiêu cần thiết, phục vụ cho việc so sánh, đánh giá chúng ta cần thực hiện cả bằng phương pháp đo thực nghiệm kết hợp với phương pháp tính toán

CHƯƠNG III HIỆN TRẠNG TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, CUNG CẤP, TIÊU THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC XÍ NGHIỆP MỎ KHU VỰC QUẢNG NINH

I Hiện trạng tài nguyên và trữ lượng than:

Trong các năm 2006÷2008 Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt

Nam đã tiến hành khảo sát thăm dò bổ sung để đánh giá trữ lượng một số khu

vực như Khánh Hoà, Bảo Đài và lập quy hoạch biến giới các mỏ do Tập đoàn

quản lý Trên cơ sở các đánh giá mới đến 01/01/2008 cho thấy:

Tổng trữ lượng và tài nguyên than trên toàn quốc đã được xác minh tính đến

thời điểm 01/01/2008 là : 40,93 tỷ tấn (Bảng 3.1), trong đó:

∗ Trữ lượng than đã được tìm kiếm thăm dò (A+B+C+P) là 6,14 tỷ tấn (Trữ

lượng cấp A+B có 0,356 tỷ tấn chiếm 5,81%; cấp C1 là 2,264 tỷ tấn chiếm

36,88%; cấp C2 là 3,007 tỷ tấn chiếm 48,98%; cấp P là 0,511 tỷ tấn chiếm

8,33%);

∗ Tài nguyên đã được xác minh là: 34,79 tỷ tấn;

Bảng 3.1 Tổng hợp tiềm năng tài nguyên trữ lượng than

Bể than Quảng Ninh 10.028.400 5.906.655 4.121.745 Vùng nội địa-

TKV 180.710 15.600 165.110 Các mỏ than địa

phương quản lý 48.684 11.250 37.434 Khoái Châu - Phù

Bảng 3.2 Tổng hợp trữ lượng than đã xác minh phân theo theo cấp A+B+C+P

(Đơn vị: ngàn tấn)

Phân chia trữ lượng đã xác minh theo cấp Các khu vực than

Trữ lượng đã xác minh (TK-TD) A+B+C A+B C 1 C 2 P

Bể than Quảng Ninh 4.121.745 4.121.745 301.335 1.508.643 2.311.767 0 Vùng nội địa-TKV 165.110 165.110 55.454 91.901 17.755 0 Các mỏ than địa

phương quản lý 37.434 18.478 0 10.238 8.240 18.956 Vùng Khoái Châu -

II Khái quát hiện trạng sản xuất của ngành Than Việt Nam

Trong hơn 50 năm xây dựng và phát triển, ngành than Việt Nam đã được đầu tư, cải tạo, mở rộng các mỏ cũ và xây dựng các mỏ mới, các nhà máy sàng tuyển, các công trình hạ tầng nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng của nền kinh tế quốc dân Việc thành lập Tổng Công ty Than Việt Nam (TVN) và nay là Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) đã tạo ra một cơ chế mới, một tổ chức mới phù hợp với quy luật phát triển, tạo ra những động lực cần thiết để phát triển ngành

Trong giai đoạn 1995÷2008 sản xuất than đã phát triển với nhịp độ cao, sản lượng khai thác tăng từ 9,4 triệu tấn năm 1995 lên 46,8 triệu tấn năm 2008 (Hình 3.1) Sản lượng than tiêu thụ tăng từ 7,6 triệu tấn (năm 1995) lên 40,5 triệu tấn (năm 2008) Năng suất lao động tăng hơn 2,6 lần, từ 166 T than nguyên khai/người/năm 1995 lên 438 T than nguyên khai /người/năm Một số chỉ tiêu kinh tế khác năm 2008 đều tăng nhiều lần so với năm 1995 như than nguyên khai hầm lò - hơn 5 lần, đất bốc - 6,3 lần, khối lượng mét lò đào - 3,2 lần Tổng doanh

thu tiêu thụ than tăng hơn 2,6 lần, sản lượng than khai thác trong toàn ngành tăng trưởng đạt trung bình 15%/năm

Sản lượng than NK; tr Tấn Từ lộ thiên; tr Tấn Từ hầm lò; tr Tấn

Hình 3.1 Sản lượng than khai thác trong giai đoạn 1995 ÷ 2008

Để đạt được sự tăng trưởng như trên, ngành Than cũng đã tập trung đầu tư cải tạo mở rộng nâng cao công suất các mỏ hầm lò trên nền tảng đổi mới công nghệ, đưa vào sử dụng rộng rãi các loại vì chống thủy lực, bước đầu thử nghiệm

cơ giới hóa đào lò bằng combai, khấu than bằng máy liên hợp kết hợp với các tổ hợp dàn chống tự hành, đầu tư phát triển các mỏ lộ thiên xuống sâu và mở rộng biên giới khai thác, đưa vào sử dụng các đồng bộ thiết bị có công suất lớn như các ôtô tải cỡ lớn 55÷60 T và 90÷100 T, xe khung tải mềm, máy cày xới, máy xúc thủy lực dung tích gàu lớn 6÷7 m3

địa chất Trong thời gian từ 1995 đến năm 2008, toàn ngành đầu tư trên 300 tỷ đồng cho công tác khảo sát và thăm dò, trong đó nguồn vốn tập trung của ngành Than và vốn sản xuất chiếm đến 80%

Từ các số liệu điều tra (xem Phụ lục I) trên Hình 3.1 mô tả tình hình tiêu thụ điện năng để sản xuất than của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam trong giai đoạn 1995÷2008 cho thấy:

Điều đáng chú ý là lượng điện năng tiêu thụ trong các mỏ than hầm lò do tăng cường cơ giới hóa trong khai thác và đào lò tăng lên đáng kể và tổng lượng điện năng tiêu thụ trong các mỏ than hầm lò bình quân năm sau tăng đến hơn 1,14 lần so với năm trước Song, do triển khai việc áp dụng một loạt các giải pháp tiết kiệm năng lượng mà suất tiêu thụ điện năng trong các xí nghiệp mỏ đều

có xu hướng giảm, cùng với nó là giá thành sản xuất than cũng giảm theo và hiệu quả sản xuất của ngành ngày một nâng cao

III Hệ thống cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ khu vực Quảng Ninh

1) Nguồn cấp điện cho các khu vực mỏ

Nằm trong phân vùng lưới điện miền Bắc, toàn bộ các xí nghiệp mỏ khu vực Quảng Ninh hiện nay được cung cấp trực tiếp từ lưới điện miền Bắc thông qua các nguồn điện là các trạm biến áp 220 kV, 110 kV Tại đó điện áp được giảm xuống các cấp điện áp tương ứng, cung cấp cho các trạm biến áp trung gian trước khi cung cấp cho các phụ tải điện của xí nghiệp mỏ

Nguồn điện 220 kV hiện do Công ty Truyền tải điện I quản lý, trên địa bàn Quảng Ninh có hai trạm biến áp:

∗ Trạm 220 kV Tràng Bạch: Gồm một máy biến áp 125 MVA được đưa vào

vận hành từ năm 2002 Trạm này chủ yếu cung cấp cho các phụ tải của tỉnh Hải Dương và Thành phố Hải Phòng;

∗ Trạm 220 kV Hoành Bồ: Gồm một máy biến áp 125 MVA được đưa vào

vận hành năm 2003, cung cấp điện chủ yếu cho các trạm 110 kV của khu vực Quảng Ninh;

Hiện tại hai trạm Tràng Bạch và Hoành Bồ đảm bảo được khả năng tải điện

từ lưới Quốc gia để cung cấp năng lượng cho các trạm 110 kV của Quảng Ninh

và các tỉnh lân cận

Bên cạnh các trạm biến áp 220 kV, nguồn 220 kV của Quảng Ninh còn bao gồm các xuất tuyến 220 kV cung cấp cho hai trạm biến áp nói trên Thông số chi tiết của các xuất tuyến này cho trong Bảng 2.3

Bảng 3.3 Thông số xuất tuyến 220 kV

TT Xuất tuyến Chiều dài (km) Mã hiệu dây Ghi chú

a) Khu vực Uông Bí - Mạo Khê:

thanh cái 220 kV được đấu nối vào lưới điện Quốc gia bằng 02 đường dây ĐDK-220 kV Phía thanh cái 35 kV có 06 lộ ra, trong đó:

∗ Cung cấp điện cho khu vực Mạo Khê - Đông Triều bằng 02 ĐDK-35 kV, lộ

374, 376;

∗ Cung cấp điện cho khu vực Vàng Danh - Yên Tử bằng 02 ĐDK-35 kV, lộ

372, 373;

∗ Cung cấp điện cho khu vực khác bằng 02 ĐDK-35 kV, lộ 371, 375;

∗ Phía 6 kV cung cấp điện cho khu vực Cảng Điền Công và các phụ tải điện

lân cận nhà máy;

b) Khu vực Hòn Gai:

Các đường dây 35 kV cũng được kết cấu theo dạng mạch vòng, có sự liên kết hỗ trợ từ các thanh cái 35 kV của các trạm biến áp 110/35(22)/6 kV và các

trạm phân phối 35 kV, đảm bảo cung cấp nguồn điện áp 35 kV cho các mỏ, các

xí nghiệp trong khu vực một cách chắc chắn

Nguồn cấp điện cho các xí nghiệp mỏ trong những năm qua nhìn chung đã đảm bảo cho các phụ tải của các xí nghiệp trong khu vực vận hành tương đối an toàn Tuy vậy, việc phát triển giữa nguồn và lưới còn chưa đồng bộ nên chưa đáp ứng được đầy đủ nhu cầu phát triển của công nghiệp địa phương nói chung

và ngành Than nói riêng

2) Hiện trạng đường dây truyền tải điện

Cấp điện áp cao nhất của đường dây truyền tải điện trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh là 220 kV với tổng chiều dài mạch kép là 99,6 km Bên cạnh các đường dây

220 kV, lưới điện Quảng Ninh còn bao gồm các đường dây 110 kV, 35 kV, 22

kV, 10 kV và 6 kV Các xuất tuyến đường dây này bao gồm cả các xuất tuyến phía sau thanh cái của nhiệt điện Uông Bí Các xuất tuyến trung áp do Điện lực Quảng Ninh quản lý Các xuất tuyến sau trạm 22 kV và 35 kV do các khách hàng quản lý Thông số chi tiết các xuất tuyến 110 kV cho trong Bảng 2.4, còn các thông số chi tiết của đường dây 35 kV sau nhà máy nhiệt điện Uông Bí và sau các trạm 110 kV được cho trong Bảng 3.5

Kết quả khảo sát tổng hợp về hệ thống đường dây truyền tải điện năng trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh cho thấy:

∗ Lưới cao áp và trung áp ở đây khá phức tạp về cấp điện áp Tính đến thời

điểm hiện tại thì chỉ có một phần lưới điện trung áp đã được cải tạo theo hướng nâng cấp từ 6, 10 lên 22 kV (khu vực Thành phố Hạ Long) Còn toàn

bộ các xí nghiệp của ngành Than từ Mạo Khê, Đông Triều, Uông Bí đến Khu vực Hòn Gai, Cẩm Phả vào đến Mông Dương, Khe Chàm đều vẫn đang

sử dụng cấp điện áp 6 kV;

∗ Lưới điện 35 kV có mặt ở hầu hết các khu vực với tổng chiều dài của lưới

lên đến trên 800 km Do đặc thù là phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải loại I trên các công trường lộ thiên cũng như trong các mỏ hầm

lò của ngành Than nên kết cấu lưới 35 kV hầu hết là hai mạch từ hai nguồn cung cấp Tuy nhiên, đa số lưới trung áp 35 kV lại đã được xây dựng và vận hành khá lâu (30÷40 năm) nên độ bền cơ khí của đường dây giảm nhiều Tiết diện của các đường dây lại khá nhỏ (tiết diện lớn nhất chỉ là AC 120) nên rõ ràng khó mà đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện khi nhu cầu phụ tải liên tục gia tăng trong tương lai;

Bảng 3.4 Thông số chi tiết các xuất tuyến 110 kV Quảng Ninh

TT Lộ đường dây Nút đầu - cuối Mã hiệu dây Chiều dài (km) Dòng mang tải max (A)

7 175 Hoành Bồ - Mông Dương AC 120 41,9 280

8 176 Hoành Bồ - Mông Dương AC 120 41,9 248

9 175 Uông Bí - Giếng Đáy AC 120 8,6 140

10 176 Uông Bí - Giếng Đáy AC 120 8,3 130

11 175 Uông Bí - Giáp Khẩu AC 120 11,9 220

12 176 Uông Bí - Giáp Khẩu AC 120 12 180

18 173 Mông Dương - Tiên Yên AC 120 47,8 80

19 174 Mông Dương - Tiên Yên AC 120 47,8 80

20 173 Tiên Yên - Móng Cái AC 120 76,5 70

∗ Các xuất tuyến 35 kV sau nhiệt điện Uông Bí và sau trạm biến áp Uông Bí

có tiết diện khá thấp (AC70; AC95 và AC95; AC 120) Các xuất tuyến này

có khả năng quá tải khi nhiệt điện Uông Bí 2 vận hành phát điện lên lưới Quốc gia và nhu cầu cung cấp điện năng cho lưới trung áp trong khu vực gia tăng;

∗ Lưới trung áp 22 kV vận hành trong khu vực Hạ Long và Móng Cái khá

đồng nhất, quản lý dễ dàng Tuy nhiên, kết cấu lưới hiện vẫn là lưới hở, cần

thiết phải tiến hành kết vòng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong

trường hợp có sự cố xảy ra;

Bảng 3.5 Thông số chi tiết các xuất tuyến 35 kV

TT Đầu xuất tuyến Lộ đường

dây

Mã hiệu dây L (km) Imax (A)

∗ Lưới 10 kV với chiều dài hơn 250 km, chủ yếu là các xuất tuyến sau các

trạm trung gian Đông Triều, Hà Nam, Chợ Rộc, Hoành Bồ, Vân Đồn và sau

trạm 110 kV Tiên Yên có kết cấu hình tia;

∗ Lưới 6 kV là lưới điện phổ biến của các phụ tải ngành Than Kết cấu lưới

chủ yếu là hình tia, việc kết vòng của lưới này là hoàn toàn không thể thực hiện được do đặc thù của phụ tải mỏ, tuyến dây luôn biến động, phát triển liên tục trong các khu vực khai thác Hiện vẫn tồn tại một khối lượng khá lớn các đường dây 6 kV ở các khu đô thị vùng Cẩm Phả, Hạ Long, Đông Triều, Mạo Khê với tình trạng đường dây khá cũ nát, trong khi phụ tải lại có tốc độ phát triển khá lớn Do vậy, cần có quy hoạch chuyển đổi các lưới điện này từ cấp điện áp 6 kV lên 22 kV cho phù hợp với yêu cầu của nhu cầu gia tăng phụ tải

3) Cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ

Điện năng cung cấp cho xí nghiệp mỏ thường được thực hiện theo hai phương thức:

∗ Các xí nghiệp ở gần trạm biến áp vùng và công suất tiêu thụ không lớn thì

lấy trực tiếp điện 6 kV bằng một hoặc hai tuyến 6 kV (tùy theo yêu cầu về cung cấp điện liên tục) Tại xí nghiệp lắp đặt trạm phân phối chính để phân phối điện năng 6 kV cho nội bộ xí nghiệp Trường hợp chỉ có một đường dây 6 kV thì dùng nguồn dự phòng có thể lấy từ nguồn điện của xí nghiệp lân cận;

∗ Các xí nghiệp ở xa trạm biến áp vùng thì điện năng từ trạm biến áp vùng

được dẫn đến xí nghiệp theo hai đường dây 35kV dự phòng nóng, tại xí nghiệp thông thường xây dựng trạm biến áp chính 35/6 kV gồm hai máy biến áp dự phòng nóng hoặc nguội

Hệ thống cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ có những đặc thù riêng, khác hẳn với các xí nghiệp công nghiệp khác, do các xí nghiệp mỏ có điều kiện địa chất mỏ rất khắc nghiệt - thiết bị và con người phải làm việc trong môi trường có khí và bụi nổ, ẩm ướt, nhiệt độ cao, không gian chật hẹp, thường xuyên phải di chuyển, chịu đe dọa bởi các nguy cơ mất an toàn cao… Do vậy, hệ thống cung cấp điện phải đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau đây:

∗ Các trạm biến áp mỏ phải được cung cấp từ hai đường dây theo hình thức

dự phòng nóng, đảm bảo có thể cung cấp điện liên tục cho các phụ tải điện loại I ở các xí nghiệp;

∗ Hệ thống cung cấp điện của các mỏ thường có hai loại: Đường dây trên

không (ĐDK) 35 và 6 kV trên các mỏ lộ thiên và trên mặt bằng của các mỏ hầm lò Hệ thống mạng cáp 6 kV dùng đưa điện từ các tủ phân phối vào lò hoặc cung cấp cho các phụ tải công suất lớn (máy khoan; máy xúc; máy bơm…) trên các công trường mỏ lộ thiên;

∗ Mạng điện hạ áp 380, 660 và 1140 V cung cấp cho các phụ tải trong mỏ

hầm lò có trung tính cách ly phải đảm bảo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về an toàn nổ, an toàn tia lửa, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật về cung cấp điện;

∗ Các thiết bị điện phải làm việc trong môi trường chật hẹp, nhiệt độ và độ ẩm

cao, thường xuyên di chuyển, chịu nhiều va đập cơ học do nổ mìn hoặc vận hành nên phải có độ kín khít, có độ bền cơ và điện cao, đáp ứng nhu cầu dễ tháo lắp và di chuyển trong quá trình sản xuất;

∗ Quản lý vận hành các trạm biến áp khu vực mỏ khá phức tạp vì thường thì

các công trường sản xuất của các xí nghiệp có sự hoạt động đan xen với nhau Do vậy, các trạm biến áp 35/6 kV ví dụ của Công ty than Mạo Khê còn phải cấp điện cho một số công trường, xí nghiệp của Công ty than Uông

Bí Tram 35/6 kV của Công ty than Cao Sơn còn cấp điện cho các khu vực, công trường của Công ty than Thống Nhất;

Để cung cấp điện cho các phụ tải mỏ, các xí nghiệp thường xây dựng các trạm biến áp chính 35/6 kV gồm hai máy biến áp, trừ một số mỏ nhỏ như Đồng Vông, Hồng Thái.v.v…do số phụ tải nhỏ nên được cấp trực tiếp nguồn 6 kV từ

xí nghiệp lân cận (ví dụ Năm Mẫu) qua trạm biến áp chính 35/6 kV Toàn bộ các máy biến áp tại các xí nghiệp này hiện đang làm việc theo nguyên lý dự phòng nguội, luân phiên theo chu kỳ ca sản xuất

Do đặc thù và điều kiện địa chất mỏ, hiện nay việc cung cấp điện cho các

mỏ hầm lò được thực hiện chủ yếu qua lò giếng Từ trạm biến áp chính điện năng được cung cấp trực tiếp cho các động cơ cao áp 6 kV (quạt gió chính, trục tải, trạm bơm) và qua các biến áp 6/0,69-0,4 kV để cung cấp cho các phụ tải trên mặt bằng mỏ Đồng thời cũng từ trạm biến áp chính điện năng được dẫn đến miệng giếng bằng hai ĐDK hoặc cáp và cung cấp cho trạm phân phối trung tâm hầm lò bằng hai tuyến cáp đặt trong giếng Từ trạm phân phối trung tâm hầm lò cung cấp cho các khu vực khai thác thông qua đường cáp và các trạm biến áp di động 6/0,69-0,4 kV Để cung cấp điện cho các máy khoan cầm tay và chiếu sáng, sử dụng các máy biến áp 380/127 V

Các trạm biến áp 35/6 kV của các mỏ đều có kết cấu chung: Phần thiết bị đóng cắt phía 35kV được lắp đặt ngoài trời, tủ phân phối, tủ bù, tủ điều khiển, máy biến áp tự dùng… được đặt trong nhà, có kết cấu bằng bêtông cốt thép

Số lượng và công suất máy biến áp ở các trạm biến áp chính của các mỏ trong những năm gần đây không có thay đổi nhiều, cụ thể được thống kê trong Bảng 3.6