Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, công nghiệp điện năng giữ vai trò then chốt khi là nguồn động lực chủ yếu cho các ngành kinh tế quốc dân. Sự phát triển kinh tế làm gia tăng nhanh chóng nhu cầu tiêu thụ điện năng. Việc thiết kế và xây dựng hệ thống cung cấp điện cho các công trình công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao; các sai sót trong tính toán hoặc dư thừa công suất sẽ dẫn đến lãng phí vốn đầu tư, gián đoạn sản xuất do mất điện, hoặc nguy cơ cháy nổ gây mất an toàn nghiêm trọng cho thiết bị và con người. Nhận thức được yêu cầu thực tiễn đó, đồ án môn học Cung cấp điện do sinh viên Trần Đình Ngọc thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Minh Thư tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một cơ sở sản xuất cơ khí quy mô công nghiệp.
Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là thiết kế hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục và kinh tế cho phân xưởng cơ khí số 1 và toàn bộ nhà máy cơ khí số 4. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định theo trình tự:
- Nghiên cứu tổng quan xí nghiệp, phân loại hộ phụ tải và xác định các yêu cầu kỹ thuật, kinh tế khi thiết kế cung cấp điện.
- Tính toán xác định phụ tải điện cho từng nhóm thiết bị của phân xưởng cơ khí số 1 và tổng hợp phụ tải toàn bộ 13 hạng mục công trình của nhà máy cơ khí số 4.
- Lựa chọn sơ đồ nối dây mạng hạ áp phân xưởng; xác định tọa độ tâm phụ tải của toàn nhà máy; xây dựng và so sánh các phương án trạm biến áp về mặt kỹ thuật - kinh tế để chọn phương án tối ưu.
- Tính chọn đồng bộ thiết bị điện, khí cụ đóng cắt, bảo vệ, dây dẫn, cáp ngầm, thanh cái và sứ cách điện cho mạng điện phân xưởng và mạng điện toàn xí nghiệp.
- Thiết lập cơ sở tính toán dòng ngắn mạch để kiểm tra độ ổn định nhiệt và ổn định điện động của các thiết bị đã chọn.
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng cơ khí và tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cho toàn nhà máy.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện trung áp (35 kV) và hạ áp (0,4 kV/0,38 kV) cho phân xưởng gia công cơ khí số 1 (gồm 20 máy công cụ) và toàn bộ nhà máy cơ khí số 4 (gồm 13 phân xưởng và khu vực chức năng phụ trợ).
- Phạm vi không gian: Mặt bằng nhà máy cơ khí số 4 có tổng diện tích $10.500\text{ m}^2$, trong đó diện tích xây dựng các phân xưởng là $2.299,75\text{ m}^2$, diện tích đường đi, bãi trống là $8.200,25\text{ m}^2$.
- Phạm vi thời gian và chế độ vận hành: Nhà máy vận hành liên tục 3 ca/ngày, thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 5.000\text{ giờ/năm}$, thời gian vận hành hàng năm $t = 8.760\text{ giờ/năm}$, xét đến khả năng phát triển phụ tải tương lai gần với hệ số $K_{pt} = 1,1$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận áp dụng hệ thống lý thuyết tiêu chuẩn trong kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp cùng các văn bản hướng dẫn kỹ thuật chuyên ngành:
- Khung lý thuyết và mô hình tính toán:
- Lý thuyết phân loại hộ phụ tải điện: Phân định hộ phụ tải loại 1 (yêu cầu cấp điện liên tục tuyệt đối, gián đoạn gây phế phẩm hoặc thiệt hại kinh tế lớn) và hộ loại 2 theo quy chuẩn trang bị điện.
- Lý thuyết xác định phụ tải tính toán: Khảo sát và phân tích các phương pháp: phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu ($P_{tt} = K_{nc} \cdot \sum P_{đm}$); phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất ($P_{tt} = P_0 \cdot F$); phương pháp suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm ($P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$); phương pháp công suất trung bình và hệ số cực đại ($P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot P_{đm}$); phương pháp hệ số hình dáng ($P_{tt} = K_{hd} \cdot P_{tb}$); phương pháp độ lệch trung bình bình phương ($P_{tt} = P_{tb} \pm \beta \cdot \sigma$); phương pháp xác định dòng đỉnh nhọn ($I_{đn} = I_{mm(max)} + I_{tt} - K_{sd} \cdot I_{đm max}$).
- Lý thuyết xác định tâm phụ tải: Mô hình tối thiểu hóa mômen phụ tải $\sum (P_i \cdot l_i) \to \min$, xác định tọa độ $(X_0, Y_0)$ nhằm tối ưu hóa vị trí đặt trạm biến áp và giảm tổn thất mạng điện.
- Lý thuyết so sánh kinh tế - kỹ thuật: Sử dụng hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z = E_{đm} \cdot K + C$, trong đó $E_{đm} = 0,2$ là hệ số hiệu quả vốn đầu tư theo quy định nhà nước, $K$ là vốn đầu tư thiết bị, $C = \alpha \cdot K + \Delta A \cdot g$ là chi phí vận hành hàng năm ($\alpha = 0,1$ là hệ số khấu hao, $g = 1,4\text{ ngàn đồng/kWh}$, đương lượng kinh tế công suất phản kháng $k_{kt} = 0,05\text{ kW/kVAr}$).
- Phương pháp nghiên cứu thực tế:
- Phương pháp phân tích giải tích kỹ thuật kết hợp tra cứu sổ tay thiết kế cung cấp điện (sách tra cứu của tác giả Nguyễn Xuân Phú, Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tâm).
- Phương pháp phân nhóm thiết bị công nghệ theo vị trí không gian và chế độ làm việc.
- Phương pháp tính chọn dây dẫn và khí cụ điện theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 2,7\text{ A/mm}^2$, điều kiện phát nóng dài hạn ($I_{cp} \ge I_{lvmax}$), điều kiện sụt áp và kiểm tra quá tải sự cố.
- Nguồn dữ liệu:
- Danh mục 20 thiết bị máy công cụ phân xưởng cơ khí số 1 với công suất đặt, hệ số công suất $\cos\varphi$, hệ số sử dụng $K_{sd}$.
- Thông số phụ tải định mức $P_{tt}, Q_{tt}, S_{tt}$ và loại hộ phụ tải của 13 phân xưởng nhà máy cơ khí số 4.
- Bản vẽ mặt bằng bố trí phân xưởng và toàn bộ nhà máy.
- Số liệu catalogue thiết bị thực tế từ các nhà chế tạo: Máy biến áp Đông Anh, thiết bị đóng cắt Merlin Gerin (Pháp), Siemens, khí cụ điện Liên Xô, cáp điện LENS.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống kỹ thuật được thiết kế theo cấu trúc phân cấp chặt chẽ từ lưới điện trung áp đến thiết bị tiêu thụ hạ áp:
Kiến trúc mạng điện tổng thể
Hệ thống nhận nguồn từ 2 tuyến đường dây 35 kV độc lập của lưới điện khu vực. Trạm biến áp trung tâm được đặt tại vị trí tối ưu gần tâm phụ tải nhà máy. Phía 35 kV sử dụng sơ đồ thanh cái có phân đoạn với máy cắt liên lạc BM-35 và dao cách ly PH-3-1/35/600. Phía hạ áp 0,4 kV sử dụng sơ đồ nối dây hình tia, cấp điện từ thanh cái phân đoạn trạm biến áp đến tủ phân phối của 13 phân xưởng thông qua các tuyến cáp ngầm đặt trong hào cáp bê tông.
Cấu hình trạm biến áp xí nghiệp
Trạm biến áp được thiết kế gồm 2 máy biến áp $1.250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ do Đông Anh chế tạo. Ở chế độ vận hành bình thường, hai máy làm việc độc lập cung cấp cho hai phân đoạn thanh cái hạ áp. Khi xảy ra sự cố hỏng 1 máy biến áp, máy biến áp còn lại vận hành ở chế độ quá tải cho phép $140%$ ($S_{qt} = 1,4 \cdot 1.250 = 1.750\text{ kVA}$), tự động đóng áptômát liên lạc CM1000N để cấp đủ điện cho toàn bộ các phụ tải loại 1 của nhà máy ($S_{L1} = 1.104,18\text{ kVA}$).
Sơ đồ phân phối hạ áp phân xưởng cơ khí
Mạng điện phân xưởng cơ khí số 1 sử dụng sơ đồ hỗn hợp (kết hợp hình tia và phân nhánh). Điện áp 0,38 kV từ trạm biến áp đi qua tủ phân phối trung gian SAREL ($1.800 \times 600 \times 400\text{ mm}$) trang bị áptômát tổng NS400N (400A, 690V). Từ tủ phân phối, 4 tuyến cáp ngầm hình tia cấp điện cho 4 tủ động lực C58-7/II. Từ tủ động lực đến các máy công cụ lớn sử dụng đường cáp hình tia riêng biệt; các máy công suất nhỏ ở xa sử dụng đường cáp trục chính rẽ nhánh tại hộp nối máy. Tuyến cáp trong xưởng được luồn trong ống thép chôn ngầm dưới nền bê tông ở độ sâu 50 cm, góc uốn không nhỏ hơn $120^\circ$.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu chung về nhà máy cơ khí và yêu cầu cung cấp điện cho hộ phụ tải
Tác giả trình bày vị trí then chốt của ngành cơ khí trong nền kinh tế, đặc điểm công nghệ của nhà máy với đa dạng chủng loại máy móc đòi hỏi chất lượng điện và độ tin cậy cao. Phân xưởng cơ khí và các phân xưởng chính được phân loại thuộc hộ phụ tải loại 1 và loại 2, yêu cầu cấp điện liên tục để tránh gián đoạn quy trình công nghệ và hư hại sản phẩm.
| TT |
Tên phân xưởng |
Loại hộ |
$P_{tt}$ (kW) |
$Q_{tt}$ (kVAr) |
$S_{tt}$ (kVA) |
| 1 |
Cơ điện |
2 |
100 |
90 |
134,50 |
| 2 |
Cơ khí số 1 |
1 |
87,88 |
95,08 |
129,47 |
| 3 |
Cơ khí số 2 |
2 |
185 |
130 |
226,00 |
| 4 |
Rèn, dập |
2 |
155 |
125 |
199,12 |
| 5 |
Đúc thép |
1 |
205 |
180 |
272,80 |
| 6 |
Đúc gang |
1 |
185 |
160 |
244,60 |
| 7 |
Dụng cụ |
2 |
165 |
125 |
207,00 |
| 8 |
Mộc mẫu |
1 |
90 |
70 |
114,00 |
| 9 |
Nhiệt luyện |
1 |
180 |
160 |
240,83 |
| 10 |
Kiểm nghiệm |
2 |
75 |
50 |
90,14 |
| 11 |
Kho 1 (Sản phẩm) |
2 |
60 |
40 |
72,11 |
| 12 |
Kho 2 (Vật tư) |
2 |
45 |
25 |
51,40 |
| 13 |
Nhà hành chính |
1 |
75 |
70 |
102,60 |
Chương 1 cũng thiết lập 4 yêu cầu kỹ thuật cốt lõi: độ tin cậy cung cấp điện; chất lượng điện áp (dao động cho phép $\pm 5%$, với máy chính xác là $\pm 2,5%$); an toàn điện; và tính kinh tế tối ưu.
Chương 2: Xác định phụ tải cho phân xưởng cơ khí và toàn nhà máy
Tác giả phân tích lý thuyết các phương pháp xác định phụ tải tính toán và áp dụng phương pháp công suất trung bình kết hợp hệ số cực đại ($K_{max}$) cho phân xưởng cơ khí số 1. Danh mục 20 thiết bị máy công cụ được chia thành 4 nhóm phụ tải kỹ thuật:
- Nhóm 1: 5 thiết bị (Máy tiện 1, Máy bào 4, Máy bào 5, Máy phay 6, Máy chuốt 9); tổng $P_{đm} = 52\text{ kW}$; xác định $n_{hq} = 4$; $K_{sd} = 0,17$; $K_{max} = 2,922$; $\cos\varphi_{tb} = 0,7$; $\tan\varphi = 1,02$; dòng điện tính toán $I_{tt1} = 56,06\text{ A}$.
- Nhóm 2: 6 thiết bị (Máy tiện 2, Máy chuốt 9, Máy tiện 14, Máy phay 15, Máy doa 16, Máy chuốt 18); tổng $P_{đm} = 61\text{ kW}$; $n_{hq} = 5$; $K_{max} = 2,69$; $\tan\varphi = 1,13$; $P_{tt2} = 27,9\text{ kW}$; $Q_{tt2} = 31,53\text{ kVAr}$; dòng điện $I_{tt2} = 63,96\text{ A}$.
- Nhóm 3: 5 thiết bị (Máy mài tròn 7, Máy phay 8, Máy sọc 10, Máy cắt thép 12, Máy tiện 14); tổng $P_{đm} = 45,5\text{ kW}$; $n_{hq} = 4$; $K_{max} = 2,922$; $\tan\varphi = 1,13$; $Q_{tt3} = 25,54\text{ kVAr}$; $I_{tt3} = 51,81\text{ A}$.
- Nhóm 4: 5 thiết bị (Máy tiện 3, Máy doa 11, Máy bào 13, Máy tiện 17, Máy doa 20); tổng $P_{đm} = 37\text{ kW}$; $n_{hq} = 4$; $K_{max} = 2,828$; $\tan\varphi = 1,18$; $Q_{tt4} = 22,22\text{ kVAr}$; $I_{tt4} = 44,26\text{ A}$ (dòng làm việc cực đại $56,86\text{ A}$).
Phụ tải chiếu sáng phân xưởng tính theo suất tiêu hao $p_0 = 15\text{ W/m}^2$, diện tích phân xưởng cho ra dòng chiếu sáng $I_{cs} = 10,85\text{ A}$. Phụ tải tính toán toàn bộ 13 phân xưởng nhà máy được tổng hợp với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,9$, hệ số phát triển $K_{pt} = 1,1$, suất chiếu sáng sân bãi $p_0 = 0,15\text{ W/m}^2$ ($P_{csbtr} = 1,23\text{ kW}$), thu được công suất tính toán toàn nhà máy: $P_{ttnm} = 1.607,65\text{ kW}$, phụ tải toàn phần $S_{ttnm} = 2.060,57\text{ kVA}$.
Chương 3: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng và toàn nhà máy
Nội dung chương chia thành hai phần chính:
- Thiết kế mạng điện phân xưởng cơ khí:
- Cầu chì: Chọn loại cầu chì hạ áp $\pi\text{P}-2$ (Liên Xô) có dòng định mức dây chảy $I_{dc}$ từ $20\text{ A}$ đến $80\text{ A}$ bảo vệ cho từng máy công cụ.
- Cầu dao: Chọn loại cầu dao 5TE7-313 ($40\text{ A}, 400\text{ V}$) của hãng Siemens bảo vệ riêng lẻ từng máy; chọn cầu dao 5TE1 310 ($100\text{ A}, 690\text{ V}$) cho từng nhóm máy.
- Dây dẫn: Chọn cáp đồng 3 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo theo điều kiện phát nóng có kể đến hệ số môi trường lắp đặt $K = 0,89$; tiết diện từ $1,5\text{ mm}^2$ đến $10\text{ mm}^2$ ($I_{cp}$ từ $23\text{ A}$ đến $75\text{ A}$).
- Áptômát nhóm và tổng: Áptômát nhóm chọn các loại CS100E (100A), NC125H (125A), CS100N (100A), C60L (25A) của Merlin Gerin. Tủ động lực chọn loại kín C58-7/II ($I_{đm} = 400\text{ A}$, 8 lộ ra $8 \times 100$). Tủ phân phối SAREL trang bị 2 áptômát tổng NS400N (400A, 690V, 3 cực, $I_N = 10\text{ kA}$).
- Thiết kế mạng điện xí nghiệp:
- Tâm phụ tải: Dựa trên tọa độ phân xưởng trên mặt bằng, tính được tọa độ tâm phụ tải là $(X_0 = 97,99\text{ mm}; Y_0 = 152,12\text{ mm})$. Trạm biến áp được bố trí dịch lên phía trên bên phải, sát tường bao để đảm bảo mỹ quan và thuận tiện vận hành.
- So sánh phương án trạm biến áp:
| Chỉ tiêu so sánh |
Phương án 1 (3 MBA $750\text{ kVA}$) |
Phương án 2 (2 MBA $1.250\text{ kVA}$) |
| Chủng loại MBA |
$3 \times 750\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ (Đông Anh) |
$2 \times 1.250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ (Đông Anh) |
| Chế độ sự cố ($S_{qt}$) |
$2 \times 750 = 2.100\text{ kVA} > S_{nm}$ |
$1,4 \times 1.250 = 1.750\text{ kVA} > S_{L1}$ ($1.104,18\text{ kVA}$) |
| Tổn thất điện năng $\Delta A$ |
$147.316,70\text{ kWh/năm}$ |
$147.599,56\text{ kWh/năm}$ |
| Chênh lệch vốn đầu tư $\Delta K$ |
Cao hơn $1.097.400\text{ ngàn đồng}$ |
Tiết kiệm $1.097.400\text{ ngàn đồng}$ |
| Chi phí vận hành hàng năm $C$ |
$109.932.439,40\text{ đồng}$ |
$108.306.639,40\text{ đồng}$ (tiết kiệm $1.625.800\text{ đ}$) |
| Chi phí quy đổi $Z$ |
$329.412.439,40\text{ đồng}$ |
$324.506.639,40\text{ đồng}$ |
Phương án 2 được chọn do chi phí quy đổi nhỏ hơn ($Z_2 < Z_1$) và tối ưu vốn đầu tư. Sau khi tính tổn thất máy biến áp ($\Delta P_{BA} = 30\text{ kW}$, $\Delta Q_{BA} = 141,94\text{ kVAr}$), phụ tải toàn nhà máy xác định lại là $P'{ttnm} = 1.622,8\text{ kW}$, $Q'{ttnm} = 1.449,22\text{ kVAr}$.
- Khí cụ mạng xí nghiệp: Chọn cáp đồng lộ kép bọc PVC hãng LENS từ TBA đến 13 phân xưởng theo $J_{kt} = 2,7\text{ A/mm}^2$ (tiết diện từ $25\text{ mm}^2$ đến $240\text{ mm}^2$); áptômát bảo vệ phân xưởng (NS100N, NS160N, NS400N, NS630N); áptômát tổng đầu ra MBA CM3200N ($3.200\text{ A}, 690\text{ V}, 50\text{ kA}$); áptômát liên lạc hạ áp CM1000N ($1.000\text{ A}, 690\text{ V}, 25\text{ kA}$); chống sét van PBM-35; thanh cái đồng hạ áp $80 \times 10\text{ mm}$ ($I_{cp} = 3.100\text{ A}$); sứ đỡ hạ áp 0-1-750-OB; máy cắt cao áp liên lạc BM-35 ($35\text{ kV}, 600\text{ A}$); dao cách ly ngoài trời PH-3-1/35/600 ($35\text{ kV}, 600\text{ A}$).
Chương 4: Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị trong mạng điện
Trình bày cơ sở lý thuyết hiện tượng ngắn mạch trong hệ thống điện (sụt giảm điện áp nghiêm trọng, dòng điện tăng gấp vài chục lần gây hiệu ứng nhiệt và lực điện động phá hủy thiết bị). Thiết lập quy trình tính toán các điểm ngắn mạch đặc trưng trên thanh cái 35 kV và 0,4 kV để kiểm tra khả năng đóng cắt của máy cắt BM-35, áptômát Merlin Gerin, độ bền nhiệt và lực điện động của thanh cái đồng và sứ đỡ.
Chương 5: Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng cơ khí
Xác định phương pháp chiếu sáng chung bằng đèn sợi đốt với hệ số công suất $\cos\varphi = 1$, suất phụ tải chiếu sáng $p_0 = 15\text{ W/m}^2$. Tính toán phân bố số lượng bóng đèn, công suất từng bộ đèn nhằm đảm bảo độ rọi kỹ thuật trên bề mặt làm việc của phân xưởng gia công cơ khí.
Chương 6: Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cho nhà máy
Phân tích yêu cầu nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ toàn xí nghiệp theo quy định ngành điện. Xác định vị trí đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp và tính toán dung lượng bù cần thiết ($Q_{bù}$) nhằm giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp trên đường dây và máy biến áp.
Kết quả và đóng góp
- Kết quả tính toán định lượng:
- Xác lập chính xác phụ tải tính toán của phân xưởng cơ khí số 1 ($P_{tt} = 87,88\text{ kW}, Q_{tt} = 95,08\text{ kVAr}, S_{tt} = 129,47\text{ kVA}$) và toàn bộ nhà máy cơ khí số 4 sau tổn thất biến áp ($P'{ttnm} = 1.622,8\text{ kW}, Q'{ttnm} = 1.449,22\text{ kVAr}, S_{ttnm} = 2.060,57\text{ kVA}$).
- Xác định chính xác tọa độ tâm phụ tải $(97,99; 152,12)\text{ mm}$, tối ưu hóa vị trí xây dựng trạm biến áp và đường truyền tải.
- Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật:
- Chứng minh phương án sử dụng 2 máy biến áp $1.250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ vận hành phân đoạn là giải pháp vượt trội, tiết kiệm $1.097.400\text{ ngàn đồng}$ vốn đầu tư và mang lại chỉ tiêu chi phí quy đổi nhỏ nhất ($Z_2 = 324.506.639,4\text{ đồng}$).
- Đề xuất sơ đồ cấp điện hạ áp hỗn hợp cho phân xưởng cơ khí 1, đảm bảo tính kinh tế của đường dây và độ an toàn khi vận hành máy móc công cụ.
- Lựa chọn danh mục thiết bị đóng cắt, bảo vệ và dẫn điện đồng bộ theo các tiêu chuẩn công nghiệp hiện hành (Merlin Gerin, Siemens, Đông Anh, LENS).
- Đóng góp về mặt phương pháp:
- Xây dựng quy trình tính toán phân nhóm thiết bị bài bản theo phương pháp thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) và hệ số cực đại ($K_{max}$), loại bỏ sai số ước lượng so với phương pháp hệ số nhu cầu đơn thuần.
- Hoàn thiện mô hình so sánh kinh tế - kỹ thuật đa tiêu chí có xét đến chi phí tổn thất điện năng và đương lượng kinh tế công suất phản kháng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Đồ án giải quyết bài toán thiết kế tĩnh dựa trên số liệu phụ tải và hệ số tra cứu định mức trong sổ tay kỹ thuật, chưa phản ánh đầy đủ sự biến thiên liên tục của đồ thị phụ tải thực tế theo mùa và chu kỳ sản xuất.
- Chưa đi sâu vào thiết kế hệ thống tự động hóa chuyển nguồn tự động (ATS) kỹ thuật số và hệ thống giám sát điều khiển thu thập dữ liệu (SCADA) tại trạm biến áp.
- Hướng phát triển tiếp theo:
- Nghiên cứu ứng dụng các thuật toán điều khiển tự động đóng cắt tụ bù thông minh theo thời gian thực nhằm tối ưu hóa liên tục hệ số $\cos\varphi$.
- Tích hợp hệ thống quản lý năng lượng (EMS) và rơle bảo vệ kỹ thuật số đa chức năng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong môi trường công nghiệp hiện đại.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị cao đối với:
- Sinh viên chuyên ngành Hệ thống điện, Kỹ thuật điện, Tự động hóa công nghiệp đang thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế trạm biến áp và mạng điện xí nghiệp công nghiệp.
- Kỹ sư thiết kế điện công trình tham khảo quy trình phân nhóm phụ tải máy công cụ, phương pháp xác định tâm phụ tải, các bảng tính chi phí quy đổi trạm biến áp và bảng chọn quy cách dây cáp hạ áp thực tế.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao nhà máy cơ khí số 4 được xếp vào hộ phụ tải loại 1 và loại 2 và giải pháp cấp nguồn được chọn là gì?
Nhà máy gồm các phân xưởng có dây chuyền công nghệ hiện đại, việc mất điện đột ngột sẽ làm hỏng phôi, gãy dao, gây phế phẩm đúc - nhiệt luyện và thiệt hại kinh tế lớn. Để đảm bảo cấp điện liên tục, đồ án chọn phương án cấp nguồn từ 2 tuyến đường dây 35 kV độc lập dẫn về trạm biến áp trung tâm của nhà máy.
2. Phân xưởng cơ khí số 1 sử dụng phương pháp nào để tính toán phụ tải cho từng nhóm máy?
Tác giả sử dụng phương pháp tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại ($K_{max}$). Phương pháp này dựa trên việc tính toán số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả ($n_{hq}$), hệ số sử dụng ($K_{sd}$), tra bảng tìm $K_{max}$ để xác định công suất tính toán $P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum P_{đm}$.
3. Tọa độ tâm phụ tải của nhà máy được xác định ở đâu và vị trí đặt trạm biến áp thực tế như thế nào?
Tọa độ tâm phụ tải tính toán trên mặt bằng là $(X_0 = 97,99\text{ mm}; Y_0 = 152,12\text{ mm})$. Tuy nhiên, để đảm bảo mỹ quan công nghiệp, thuận tiện cho việc kéo đường dây vào/ra và không cản trở giao thông nội bộ, trạm biến áp được dịch chuyển lên phía trên bên phải, sát tường bao của nhà máy.
4. Vì sao phương án sử dụng 2 máy biến áp $1.250\text{ kVA}$ được lựa chọn thay vì 3 máy biến áp $750\text{ kVA}$?
Mặc dù phương án 1 có tổn thất điện năng thấp hơn một lượng nhỏ ($282,86\text{ kWh/năm}$), phương án 2 tiết kiệm hơn $1.097.400\text{ ngàn đồng}$ tiền mua MBA, chi phí vận hành hàng năm thấp hơn $1.625.800\text{ đồng}$, và có tổng chi phí quy đổi hàng năm nhỏ hơn ($Z_2 = 324.506.639,4\text{ đồng} < Z_1 = 329.412.439,4\text{ đồng}$), đồng thời sơ đồ trạm 2 máy đơn giản, thuận tiện vận hành hơn.
5. Các khí cụ đóng cắt và bảo vệ trong phân xưởng cơ khí số 1 được lựa chọn từ những nhà chế tạo nào?
Đồ án sử dụng kết hợp các thiết bị thực tế: áptômát hạ áp Merlin Gerin (CS100E, NC125H, CS100N, NS400N), cầu chì $\pi\text{P}-2$ (Liên Xô), cầu dao hạ áp Siemens (5TE7-313, 5TE1 310), tủ phân phối SAREL, tủ động lực C58-7/II và cáp điện lõi đồng bọc PVC của hãng LENS.
Kết luận
Đồ án môn học của tác giả Trần Đình Ngọc đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí số 1 và toàn bộ nhà máy cơ khí số 4. Các giải pháp tính toán phụ tải, định vị tâm phụ tải, lựa chọn phương án trạm biến áp $2 \times 1.250\text{ kVA}$ và đồng bộ khí cụ điện đều dựa trên cơ sở khoa học kỹ thuật và tính toán kinh tế chặt chẽ. Kết quả thiết kế đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn về độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện áp và hiệu quả kinh tế trong môi trường sản xuất công nghiệp.
