I. Giới thiệu chung về Đồ án Cung cấp điện Nhà máy Luyện kim
Đồ án cung cấp điện nhà máy luyện kim là một công trình thiết kế hệ thống điện toàn diện cho một nhà máy sản xuất luyện kim hiện đại. Bản đồ án này được thực hiện bởi nhóm sinh viên Viện Kỹ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Vinh dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo Trần Đình Dũng. Nhà máy luyện kim có đặc thù riêng biệt là sở hữu nhiều thiết bị điện công suất lớn và yêu cầu cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo cao. Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho loại nhà máy này đòi hỏi kỹ sư phải nắm vững kiến thức cơ bản về điện, hiểu biết sâu rộng về hệ thống điện và khả năng tính toán chính xác. Bản đồ án này là sự tập dượt quý báu để sinh viên chuẩn bị bước vào thực tế trong lĩnh vực ngành điện lực.
1.1. Tầm quan trọng của cung cấp điện trong công nghiệp
Khoảng 70% điện năng sản xuất được sử dụng cho lĩnh vực công nghiệp, do đó vấn đề cung cấp điện cho công nghiệp có ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân. Đảm bảo cung cấp điện cho nhà máy luyện kim tức là đảm bảo cho một ngành kinh tế quan trọng hoạt động liên tục và phát huy tiềm năng của nó. Công nghiệp là lĩnh vực tiêu thụ điện năng lớn nhất, vì vậy việc thiết kế hệ thống điện hiệu quả là yêu cầu cấp bách.
1.2. Đặc điểm riêng của nhà máy luyện kim
Nhà máy luyện kim có đặc thù riêng biệt với nhiều phân xưởng chuyên biệt như phân xưởng luyện kim, lò martin, máy cán phôi tấm, cán nóng, cán nguội và trạm bơm. Mỗi phân xưởng yêu cầu tính toán phụ tải điện riêng biệt và cần được cung cấp điện ổn định, liên tục. Sự phức tạp của hệ thống đòi hỏi thiết kế mạng cao áp và mạng hạ áp hiệu quả, cùng với hệ thống bù công suất phản kháng và chiếu sáng phù hợp.
II. Xác định phụ tải tính toán cho Nhà máy Luyện kim
Xác định phụ tải tính toán là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện nhà máy luyện kim. Quá trình này bao gồm việc tính toán phụ tải từng phân xưởng dựa trên các phương pháp khác nhau như công suất đặt, hệ số nhu cầu, hoặc suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Bản đồ án sử dụng phương pháp hệ số cực đại kmax kết hợp với công suất trung bình để tính toán chính xác. Mỗi phân xưởng như luyện kim, lò martin, máy cán phôi tấm, cán nóng, cán nguội và tôn đều được tính riêng biệt. Ngoài ra, phụ tải chiếu sáng cho từng phân xưởng cũng được xác định để đảm bảo điều kiện làm việc tốt nhất cho công nhân.
2.1. Phương pháp tính toán phụ tải điện
Bản đồ án sử dụng nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán khác nhau. Phương pháp công suất đặt dựa vào công suất danh định của thiết bị và hệ số nhu cầu. Phương pháp suất tiêu hao xác định dựa trên lượng điện tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm. Phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả sử dụng hệ số cực đại kmax và công suất trung bình để tính toán chính xác hơn.
2.2. Phụ tải của các phân xưởng chính
Phân xưởng luyện kim và lò martin là những phân xưởng tiêu thụ điện nhiều nhất với thiết bị công suất lớn. Phân xưởng máy cán phôi tấm, cán nóng, cán nguội cũng có phụ tải đáng kể. Trạm bơm cung cấp nước làm mát và ban quản lý cần cung cấp điện cho các thiết bị văn phòng. Tổng phụ tải của toàn nhà máy được xác định từ tổng phụ tải của tất cả các phân xưởng.
III. Tính toán thiết kế Mạng điện cao áp và Trạm biến áp
Mạng điện cao áp là thành phần quan trọng trong hệ thống cung cấp điện nhà máy luyện kim, chịu trách nhiệm truyền tải điện từ nguồn phát đến các trạm biến áp phân xưởng. Bước đầu tiên là xác định cấp điện áp trên tải về nhà máy, thường là 110kV hoặc 220kV tùy theo công suất tổng. Tiếp theo là xác định vị trí, số lượng và dung lượng các trạm biến áp phân xưởng (TBAPX) để đảm bảo cung cấp điện ổn định cho từng phân xưởng. Bản đồ án đề xuất phương án sử dụng trạm biến áp trung tâm hoặc trạm phân phối trung tâm tùy theo điều kiện cụ thể. Chọn dây dẫn từ TBATG về TPPTT phải đảm bảo tiết diện đủ lớn để tránh tổn hao điện năng quá lớn.
3.1. Xác định cấp điện áp và trạm biến áp
Cấp điện áp truyền tải được chọn dựa trên công suất tổng của nhà máy và khoảng cách từ nguồn. Trạm biến áp trung tâm là phương án tiết kiệm chi phí khi công suất không quá lớn. Trạm phân phối trung tâm được sử dụng khi cần chia nhỏ tải để cân bằng mạng. Mỗi TBAPX phải được thiết kế với dung lượng phù hợp để đáp ứng nhu cầu của phân xưởng.
3.2. Lựa chọn thiết bị mạng cao áp
Máy cắt, thanh dẫn phải chịu được dòng điện định mức và dòng điện ngắn mạch của hệ thống. Máy biến dòng BI dùng để đo lường và bảo vệ. Máy biến điện áp BU cung cấp điện áp tham chiếu cho các thiết bị đo. Van chống sét bảo vệ thiết bị khỏi quá áp do sét và lũ điện.
IV. Thiết kế Mạng điện hạ áp và Hệ thống bù Công suất phản kháng
Mạng điện hạ áp là phần phân phối điện trực tiếp đến các thiết bị sản xuất trong các phân xưởng. Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí bao gồm việc chọn cáp từ TBA về tủ phân phối, chọn MCCB cho nhóm thiết bị và chọn MCCB và cáp đến từng thiết bị. Bù công suất phản kháng là một bước quan trọng để nâng cao hệ số công suất cosφ, giảm tổn hao điện năng và chi phí điện. Bản đồ án xác định dung lượng bù cần thiết cho toàn nhà máy và phân bố dung lượng bù cho các nhánh khác nhau. Hệ thống chiếu sáng được thiết kế riêng biệt để đảm bảo điều kiện làm việc tối ưu.
4.1. Thiết kế Mạng hạ áp và Hệ thống cáp điện
Cáp từ TBA về tủ phân phối phải được chọn với tiết diện đủ lớn để giảm tổn hao điện và rơi áp. MCCB (Molded Case Circuit Breaker) được chọn để bảo vệ từng nhóm thiết bị khỏi quá tải và ngắn mạch. Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng phải rõ ràng, dễ theo dõi và bảo dưỡng.
4.2. Bù công suất phản kháng và Thiết kế chiếu sáng
Nâng cao hệ số công suất cosφ giảm chi phí điện và cải thiện hiệu suất hệ thống. Dung lượng bù được xác định dựa trên cosφ hiện tại và cosφ mục tiêu. Hệ thống chiếu sáng phân xưởng được thiết kế dựa trên độ rọi và chỉ số chói để đảm bảo an toàn và hiệu suất lao động tối đa.
