thiết kế cung cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt

thiết kế cung cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

Nhà máy liên hợp dệt cần thiết kế có tổng diện tích mặt bằng là 249 581 m2 với tổng công suấtđặt dự kiến vào khoảng 10000 kW

Nhà máy lấy nguồn điện từ trạm biến áp trung gian cách nhà máy 10 km Uđm = 22 kV hoặc 35 kV

Sơ đồ nhà máy cho trên hình 1.1

Phụ tải nhà máy cho trong bảng 1.1

Hình 1.Sơ đồ mặt bằng nhà máy luyện kim đen

Diện tích () Loại hộ tiêu thụ

10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Bảng 1.2 – Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí

BỘ PHẬN DỤNG CỤ

43 Máy tiện ren 2 IK620 10

1.2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi ,tương tự với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứngnhiệt lớn nhất,nghĩa là phụ tải tính toán cũng gây nên phát nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ lớn nhất do phụtải thực tế phát gây ra

≤≤

1.2.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

1 Theo công suất đặt (định mức ) và hệ số nhu cầu

(1.1)

Trong đó :

+ : Công suất đặt,công suất định mức của thiết bị (nhóm thiết bị )

+ : Hệ số nhu cầu về phụ tải tác dụng (tra sổ tay kỹ thuật )

+β. σ (1.2)

Trong đó:

+: Công suất trung bình của thiết bị hay nhóm thiết bị

+β: Mức tán xạ của độ lệch xác định theo hàm phân bố chuẩn

+ σ: Độ lệch khỏi giá trị trung bình

3.Theo công suất trung bình và hệ số hình dáng của đô thị phụ tải

(1.3)

Trong đó:

+:Hệ số hình dáng

+ :Công suất trung bình của thiết bị hay nhóm thiết bị

4.Theo công suất trung bình và hệ số cực đại

(1.4)

Trong đó:

+ : Công suất trung bình của thiết bị hay nhóm thiết bị

+:Công suất định mức của phụ tải

+:Hệ số cực đại tra trong sổ tay kỹ thuật

5.Theo suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm

(1.5)

Trong đó :

+M:Số đơn vị sản phẩm sản suất ra trong một năm

+:Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

+:Thời gian sử dụng công suất lớn nhất

6.Theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

(1.6)

Trong đó :

+:Công suất phụ tải tính toán trên 1 diện tích sản xuất

+F:Diện tích bố trí thiết bị

Các phương pháp1,5,6 là các phương pháp tính gần đúng dựa theo các kết quả nghiên cứu thực nghiêncứu thực nghiệm,khá đơn giản và tiện lợi Các phương pháp 2,3,4 là các phương pháp xác định phụ tảitính toán dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê ,cho kết quả chính xác hơn nhưng khối lượng tínhtoán lớn và phức tạp Khi tính toán thiết kế ,tùy theo điều kiện cụ thể mà chọn lựa phương pháp xác địnhphụ tải tính toán cho phù hợp

Với nhà máy luyện kim đen phân xưởng cơ khí đã biết vị trí ,công suất đặt và chế độ làm việc của từngthiết bị nên ta xác định theo công suất trung bình và hệ số cực đại Các phân xưởng còn lại chỉ biết diệntích mặt bằng và công suất đặt nên ta tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Phụ tải chiếu sáng xácđịnh theo phương pháp sử dụng công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

1.2.2.Xác địng phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

1.2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của từng nhóm thiết bị

Như đã nói ở trên ta sẽ dùng phương pháp xác định theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Nhóm 7

Đầu tiên cần xác định công thức tính tóan của từng động cơ và của từng nhóm động cơ trong phânxưởng.

+: Hệ số sử dụng của nhóm thiết bị (tra số tay kỹ thuật )

+: Hệ số cực đại ,tra bảng theo và

+Số thiết bị dùng điện hiệu quả

Số thiết bị điện hiệu quả là số thiết bị điện có cùng công suất và cùng chế độ làm việc tương đương vớinhóm thiết bị thực (gồm n thiết bị điện có chế độ làm việc và công suất địng mức khác nhau )về mắt phátnóng và mức độ phá hủy cách điện đối với dây dẫn

+:Số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất +Tổng công suất của thiết bị trên

Khi xác định giá trị có thể loại trừ một số thiết bị trong nhóm nếu tổng công suất định mức của chúngnhỏ hơn 5% công suất tổng của toàn nhóm (các thiết bị đã loại trừ ra ko tính vào giá tri n)

Ở đây 0,16<0,2 nên ta xác định theo công thức (1.12)

Bảng tra chỉ bắt đầu từ =4,khi <4 phụ tải tính toán được xác định theo công thức

(1.15)

Trong đó : hệ số tải Nếu không biết có thể lấy gần đúng

=0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ lâu dài

=0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

1.Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 1

Bảng 1.4 – Danh sách thiết bị thuộc nhóm 1

,KW

22,2.1,33 = 28,88 kVAr

37 kVA

7 Xác định phụ tải tính toán nhóm 7

Bảng 1.10 – Danh sách thiết bị thuộc nhóm 7

Tra nhóm này có máy hàn hồ quang có: cosϕ = 0,35 Trong nhóm thiết bị này, có máy biến áp

hàn là thiết bị một pha, sử dụng điện áp pha & làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại ⇒ cần quy đổi vềthành phần phụ tải 3 pha tương đương có chế độ làm việc dài hạn (kết quả thu được ghi ở bảng trên)

P = 3 .P = 3 .24.0,35 = 12,5 (kW)

Ta có n=10và

12,5 + 10 + 7 = 29,5 kW và P = 45,5 kW

0,33 và 0,65

1.2.2.3 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng

Chiếu sáng dùng bóng đèn sợi đốt với

1.2.2.4 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng SCCK

Công suất tính toán động lực :

Công suất tính toán tác dụng của phân xưởng :

1.2.3 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại

Vì các phân xưởng khác chỉ biết công suất đặt nên ta xác định phụ tải tính toán bằng phương pháp dựa

vào công xuất đặt hệ số nhu cầu

Trong đó :

+, : Công suất đặt ,công suất định mức của thiết bị (nhóm thiết bị)

+ : Hệ số nhu cầu về phụ tải tác dụng (tra sổ tay kỹ thuật )

1.2.3.1 Phân xưởng luyện gang

Công suất tính toán toàn phân xưởng :

Công suất tính toán chiếu sáng:

Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng :

Công suất tính toán động lực :

Bảng 1.11.Phụ tải tính toán của toàn nhà máy

TT Tên phân xưởng Công

suất đặt()

(W)

cos CS động

lực ()

CSchiếusáng ()

1.2.4 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

Phụ tải tính toán tác dụng của nhà máy :

Hệ số công suất của toàn nhà máy :

+ Phụ tải tính toán ở năm thứ t

+ Phụ tải tính toán ở năm đầu tiên

+ t: Thời gian dự báo

+ p: Tốc độ tăng trưởng phụ tải tương đối hàng năm

+ α :Hệ số phát triển hàng năm của phụ tải hay suất tăng phụ tải trung bình hàng năm (được dự báo ) lấy

1.3.XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ VẼ BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI

Việc phân bố các trạm biến áp trong phạm vi xí nghiệp là một một vấn đề quan trong để xây dựng sơ

đồ cung cấp điện có các chỉ tiêu kinh tế ,kỹ thuật cao ,đảm bảo được chi phí hàng năm nhỏ Để xác định được vị trí đặt các trạm biến áp ta xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặt bằng tổng thể của xí nghiệp

Biểu đồ phụ tải là một vòng tròn có diện tích bằng phụ tải tính toán của phân xưởng theo một tỷ lệ lựa chọn

Mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải Tâm đường tròn của biểu đồ phụ tải trùng với tâm của phụ tảiphân xưởng,tính gần có thể coi phụ tải của phân xưởng đồng đều theo diện tích phân xưởng

Biểu đồ phụ tải cho phép hình dung được rõ ràng sự phân bố phụ tải trong xí nghiệp

Mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia làm hai phần hình quạt tương ứng với mỗi phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng

Hình 1.2 Biểu đồ phụ tải điện

1.3.1.Xác định bán kính vòng tròn phụ tải

Công thức : (1.21)

Trong đó :

:Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng thứ i

:Phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i

+m :Tỷ lệ xích ở đây ta chọn m = 10 kVA/m

Góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải :

Thay số ta tính được R và như bảng 1.12

Bảng 1.12 – Kết quả tính R và cho các phân xưởng

TT Tên phân xưởng

R

6 Phân xưởng tôn 75 1925 2372 14 8,6

1.3.2.Xác định tâm phụ tải của nhà máy

Trên sơ đồ mặt bằng nhà máy ,ta dựng một tọa độ xoy.Sau đó ta tìm tọa độ điểm M(x,y) là vị trí tối ưu

đặt trạm biến áp trung gian (TBATG) hoặc trạm phân phối trung tâm (TPPTT) sao cho tổn thất công suất tổn thất điện năng và tổn thất điện áp trong lưới điện nhà máy là nhỏ nhất

Tọa độ điểm M(tâm phụ tải điện )được xác định như sau :

T? h?

th?ng đ?n

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP Yêu cầu đối với các sơ đồ cung cấp điện và nguồn cung cấp rất đa dạng Nó phụ thuộc vào giá trị của

nhà máy và công suất yêu cầu của nó,khi thiết kế các sơ đồ cung cấp điện phải lưu ý tới các yếu tố đặc biệt đặc trưng cho từng xí nghiệp công nghiệp riêng biệt,điều kiện khí hậu,địa hình ,các thiết bị đặc biệt đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao ,các đặc điểm của quá trình sản xuất và quá trình công nghệ Để từ

đó xác định mức độ đảm bảo an toàn cung cấp,thiết lập sơ đồ cấu trúc cấp điện hợp lý

Việc lựa chọn sơ đồ cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống,một

số đồ cấp điện được coi là hợp lý phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau :

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

2.1 VẠCH CÁC PHƯƠNG PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN

2.1.1.Xác định điện áp truyền tải từ hệ thống về xí nghiệp

Trong thực tế ,khi tính toán thiết kế hệ thống điện thường sử dụng các công thức kinh nghiệm của các

+ U: Điện áp truyền tải (kV)

+L : Khoảng cách truyền tải (km)

Ở đây ta dung công thức Still để tính toán Với 13714 kW và L = 10 km thay vào công thức (2.2)ta

Với xí nghiệp có quy mô vừacó 2,3,TBA thì không nên xây dượng trạm phân phối trung tâm

(TPPTT)vì không kinh tế Trường hợp này tốt nhất là đư thẳng cáp trung áp cấp điện đến từng trạm Đối với xí nghiệp lớn bao gồm hàng trục PX công suất lên đến tới hàng vạn kWthì hệ thống cấp điện cũng phải theo đó mà lớn hơn và phức tạp hơn Tại xí nghiệp này phải xây dựng một trạm trung tâm (TTT) nhận điện từ hệ thống về cung cấp điện cho các TBA phân xưởng (TBAPX)

Theo phân tích ở trên với nhà máy luyện kim đen này ta sẽ xây dựng 1 TTT và xét hai phương án sau:+Phương án 1: TTT là TBA trung tâm (TBATT)

+Phương án 2 : TTT là trạm phân phối trung tâm

2.1.3 Xác định số lượng máy biến áp

Chọn số lượng máy biến áp (MBA) cho các trạm chính cũng như TBAPX có ý nghĩan qua trọng đối với việc xây dựng một sơ đồ cung cấp điện hợp lý

Kinh nghiệm tính toán và vận hành cho thấy là trong một TBA chỉ cần đặt một MBA là tôt nhất,khi cần thiết có thể đặt hai máy ,không nên đặt quá hai máy.Trạm một MBA có ưu điểm là tiết kiệm đất dai ,vận hành đơn giản trong hầu hết các trường hợp có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất nhưng có nhược điểm mức đảm bảo cung cấp điện ko cao.Trạm hai MBA thường có lợi về kinh tế hơn so với các trạm ba máy và lón hơn

Khi chọn MBA ta chọn sao cho chủng loại MBA càng ít càng tốt Đồng thời để chọn đúng số lượng MBA cần phải xét đến độ tin cậy cung cấp điện Đối với phụ tải loại I,cần đặt 2 MBA cho TBAPX đó Với phụ tải loại III chỉ cần đặt 1 MBA cho TBAPX đó

Căn cứ vào vị trí ,công suất tính toán và yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các phân xưởng ta đưa ra

2 phương án chọn số lượng TBA như sau :

Bảng 2.1.Các phương án chọn số lượng TBA

IIII

2.1.4 Chọn dung lượng máy biến áp

Chọn công suất MBA đảm bảo độ an toàn cung cấp điện MBA được chế tạo với các cỡ tiêu chuẩn nhất định,việc lựa chọn công xuất MBA không nhưng đảm bảo độ an toàn cung cấp điện,đảm bảo tuổi thọcủa máy mà còn ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cuar sơ đồ cung cấp điện

Điều kiện chọn công suất MBA:

+ MBA : (2.6)

+ MBA : 2 (2.7)

(2.8)

Trong đó :

+ Công suất định mức của MBA

+ Công suất tính toán phụ tải

+: Công suất phụ tải mà trạm cần truyền tải khi sự cố,khi có sự cố sảy ra ta có thể cắt bớt mộts ố thiết bị không quan trọng lấy

+: Hệ số quá tải sự cố

Chọn MBA của nhà máy thiết bị điện Đông Anh Hà Nội sản xuất khi lắp đặt không phải hiệu chỉnh theo điều kiện nhiệt độ

Vậy ta chọn 2 MBA có 10000 kVA

2.TBA phân xưởng

a.Phương án1: Đặt 8 TBA

- Trạm B1 (2MBA) :Cấp điện cho phân xưởng 1

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1600 kVA

- Trạm B2 (2MBA) :Cấp điện cho phân xưởng 2

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1600 kVA

- Trạm B3 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 3

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1000 kVA

- Trạm B4 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 4

Vậy ta chọn 2 MBA có = 750 kVA

- Trạm B5 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 5

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1000 kVA

- Trạm B6 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 6

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1600 kVA

- Trạm B7 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 7

Vậy ta chọn 2 MBA có = 500 kVA

- Trạm B8 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 7 và phân xưởng 9

Vậy ta chọn 1 MBA có = 400 kVA

b.Phương án 2:Đặt 7 TBA

- Trạm B4 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 4 và phân xưởng 9

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1000 kVA

- Trạm B5 (2MBA):cấp điện cho phân xưởng 5 và phân xưởng 7

Vậy ta chọn 2 MBA có = 1000 kVA

Các trạm còn lại B1,B2,B3,B7,B6 chọn như phương án 1

2.1.5.Xác định vị trí đặt các TBA phân xưởng

Các TBA cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có một tường của trạm chung

với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiện được vốn xây dựng và ít ảnh đến các công trình khác Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ một phần xưởng vì có chi phí đầu tư thấp,vận hành và bảo quản thuận lợi song về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc phân xưởng không cao

Các TBA dùng chung cho phân xưởng nên đặt gần tâm phụ tải Nhờ vậy có thể đưa điện áp cao tới gần phụ tải và rút khá nhiều chiều dài mạng phân phối cao áp cuả nhà máy cũng như mạng hạ áp của phân xưởng ,giảm chi phí và tổn thất

Ở đây ta sẽ sử dụng loại trạm xây ,đặt gần tam phụ tải,gần các trục giao thông trong nhà máy

2.1.6 Phương án đi dây

Nhà máy thuộc hộ loại I nên đường dây từ hệ thốn về trung tâm nhà máy (TBATT hoặc TPPTT) sẽ

dùng dây trên ko lộ kép

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên ở mạng cao áp trong nhà máy ta sử dụng sơ đồ hình tia ,lộ kép Sơ đồ này ưu điểm là sơ đồ nối dây rõ dàng,độ tin cậy cung cấp điện ,dễ dàng vận hành và thực hiện các biện pháp bảo vệ Để đảm bảo mỹ quan và an toàn ta dùng cap ngầm

Từ những phân tích trên ta có thể đưa ra 4 phương án đi dây mạng cao áp như sau

+ Phương án 1: Sử dụng TBATT 35/10 kV,cáp 10kV,8 TBAPX 10/0,4 kV

+ Phương án 2: Sử dụng TBATT 35/10 kV,cáp 10kV,7 TBAPX 10/0,4 kV

+ Phương án 3: Sử dụng TPPTT 35 kV,cáp 35kV,8 TBAPX 35/0,4 kV

+ Phương án 4: Sử dụng TPPTT 35 kV,cáp 35kV,7 TBAPX 35/0,4 Kv

Hình 2.1 – Các phương án thiết kế mạng cao áp nhà máy

HTĐ HTĐ

B3 B6

B1 B1

B6

B5 B2

2.2.TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN

Để so sánh kinh tế tương đối giữa các phương án ta dùng hàm chi phí tính toán

Z = ( (2.9)

Trong đó :

+ Hệ số vận hành,với trạm và đường cáp lấy ,với đường dây trên không lấy

+:Hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư,thường lấy hoặc 0,125 hoặc 0,2

pa 1

B1

B4 B2

B3 B6

B5

B8

B7

HTĐ

1.Xác định tổn thất điện năng trong các TBA

Trên cơ sở đã chọn công suất các MBA ở mục 2.1.4 tra bảng ta có kết quả chọn MBA cho các TBAPX

Tổng vốn đầu tư cho TBA :3416.6

Tổn thất điện năng trong các TBA:

kWh (2.10)

Trong đó :

+n:số MBA ghép song song

+t:Thời gian MBA vận hành ,với MBA vận hành suốt 1 năm ta lấy t=8760 h

+ Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

.8760 (2.11)

Nhà máy làm việc 3 ca theo yêu cầu thiết kế ta có với (N=23,3) h thay vào công thức (2.11)

Ta có 8760 = 4036,3 h

Áp dụng công thức (2.10) tính tổn thất điện năng trong các TBA

- Trạm biến áp trung tâm

409051,85 kWh

Các TBA khác tính tương tự kết quả ghi trong bảng (2.3)

Bảng 2.3 – Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phương án 1

ΔPN(kW)

ΔA(kWh)

Tổng tổn thất điện năng trong các TBA 904287 (kWh)

2.Chọn dây dẫn,xác đinh tổn thất điện năng trong mạng điện

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế dòng điện Nhà máy làm việc 3 ca dùng cáp cách lõi đồng

tra bảng 2.10 trang 31 ta chọn

Tiết diện kinh tế của cáp :

( 2.12)

Dựa vào tính được ,tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn

theo điều kiện phát nóng

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp :

(2.14)

Trong đó :

+Tổn thất điện áp trên đường dây

+ Tổn thất điện áp cho phép,

+P,Q: Phụ tải tác dụng và phản kháng truyền tải trên đường dây

+R,X: Điện trở và điện kháng của đường dây

+: Điện áp định mức của đường dây

a,chọn cáp từ TBATT về các TBAPX

Các trạm có 2 MBA ta chọn cáp kép,khoảng cách giữa 2 cáp là 300 mm.Các trạm đơn có 1MBA ta chọn cáp đơn

Tra bảng với cáp kép với cáp đơn

Vì khoảng cách giữa TBATT tới các TBAPX ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ ,ta có thể bỏ qua không cầnkiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp

Ta dùng cáp đồng 10 kV,3 lõi, cách điện XLPE,đai thép ,vỏ PVC do hãng Furukawa – Nhật Bản sản xuất

- Chọn cáp từ TBATT đến B1

Tra bảng [PL V.1.5] trang 304 ta chọn cáp 35 ,

Kiểm tra dây dẫn vừa chọn theo điều kiện phát nóng

=2.85 = 170 A > 158

Do cáp đã chọn không thỏa mãn điều kiện phát nóng nên ta tăng kích thước của cáp nên 5 ,

Kiểm tra dây dẫn vừa chọn theo điều kiện phát nóng

=2.85 = 170A < 186 A

Vậy chọn cáp có tiết diện 50và,

Cách chọn cáp với các TBA còn lại tương tự như trên tao có kết quả trong bảng (2.4)

Tổng vốn đầu tư cho đường dây 212.

b,Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

Công thức :

kW (2.15)

Trong đó :

+S:Công suất truyền tải (kVA)

+U: Điện áp truyền tải (kV)