Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho cảng Đình Vũ" do sinh viên ngành Kỹ thuật Điện thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Thị Hồng Lý, tập trung giải quyết bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện hoàn chỉnh cho một trung tâm logistics - cảng biển nước sâu trọng điểm. Vận tải biển được xác định là ngành kinh tế mũi nhọn của cả nước nói chung và thành phố Hải Phòng nói riêng. Cảng Đình Vũ nằm trong Khu công nghiệp Đình Vũ thuộc phường Đông Hải, quận Hải An, thành phố Hải Phòng, đóng vai trò là cửa ngõ giao thương đường thủy lớn của miền Bắc.

Bối cảnh thực tế cho thấy cảng Đình Vũ là đơn vị tiêu thụ điện năng với quy mô lớn, vận hành liên tục cả trong các ngày nghỉ. Hoạt động bốc xếp, vận chuyển, đóng gói hàng hóa tại cảng phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống cần cẩu, cầu trục, dây chuyền đóng gói và trạm bơm. Tại thời điểm nghiên cứu, cảng mới hoàn thiện xây dựng trong giai đoạn 1 với trang thiết bị còn hạn chế, chỉ vận hành 01 trạm biến áp T1 cấp điện cho 01 cầu tàu bốc dỡ hàng hóa. Theo quy hoạch phát triển đến năm 2020, cảng mở rộng để tiếp nhận tàu trọng tải trên dưới 10.000 DWT cập bến, nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển đường thủy đạt 31 triệu tấn lương thực/năm, 2 triệu tấn hải sản/năm và 15 đến 20 triệu tấn dầu/năm. Trong giai đoạn 2006–2010, cảng định hướng mở rộng thêm 3 bến cầu, tăng cường hệ thống bến Container và bổ sung các trạm biến áp phân phối.

Đặc điểm môi trường ven biển đặt ra các thách thức kỹ thuật nghiêm ngặt: mực nước thủy triều biến động, khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão biển nhiệt đới, độ ẩm không khí thường xuyên duy trì ở mức trên 80%. Các yếu tố này thúc đẩy quá trình ăn mòn, làm suy giảm tuổi thọ khí cụ điện, tăng nguy cơ sự cố cách điện và đẩy cao chi phí vận hành, bảo dưỡng. Do đó, cảng Đình Vũ được phân loại là hộ tiêu thụ điện loại 1, đòi hỏi hệ thống điện phải đảm bảo tính liên tục tuyệt đối, nguồn điện ổn định và độ tin cậy cung cấp điện cao.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan mặt bằng, cơ cấu tổ chức và đặc điểm tiêu thụ điện của cảng Đình Vũ.
  2. Xác định chính xác phụ tải tính toán động lực và chiếu sáng cho từng khu vực cũng như toàn bộ cảng trong hiện tại và dự báo tăng trưởng phụ tải trong tương lai 10 năm.
  3. Thiết kế mạng cao áp cho cảng: xác định tọa độ tâm phụ tải, lựa chọn cấp điện áp truyền tải, vạch các phương án cấp điện cao áp, tính chọn dây dẫn/cáp ngầm và máy biến áp, tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng, so sánh chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật để chọn phương án tối ưu.
  4. Thiết kế mạng hạ áp cho các phân xưởng và khu vực chức năng trong cảng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện động lực và chiếu sáng cảng Đình Vũ.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng tổng thể cảng Đình Vũ có kích thước $(522,066 \times 971,2)\text{ m}$, chia thành 4 khu vực cầu tàu (cầu 1 dài $260,8\text{ m}$; cầu 2, 3, 4 mỗi cầu dài $236,8\text{ m}$), tiếp giáp tuyến đường quy hoạch rộng $56,25\text{ m}$.
  • Phạm vi kỹ thuật: Tính toán từ phía thứ cấp $22\text{ kV}$ của Trạm biến áp liên doanh Đình Vũ ($110-220/22\text{ kV}$) qua đường dây trên không dài $2\text{ km}$, hệ thống cáp ngầm nội bộ đến các trạm biến áp phân phối và mạng điện hạ áp $380/220\text{ V}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết giải tích chuyên ngành mạng lưới điện và cung cấp điện công nghiệp, bao gồm các mô hình toán học và phương pháp tính toán tiêu chuẩn:

  1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán:

    • Xác định phụ tải chiếu sáng theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích: $P_d = P_0 \cdot F$ (trong đó $P_0$ là suất công suất theo $\text{W/m}^2$, $F$ là diện tích mặt bằng sàn $\text{m}^2$).
    • Phương pháp xác định phụ tải theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm và thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max}$.
    • Phương pháp xác định phụ tải theo hệ số cực đại $k_{max}$ và công suất trung bình $P_{tb}$ qua số thiết bị dùng điện hiệu quả $n_{hq}$.
    • Phương pháp hệ số nhu cầu $k_{nc}$ kết hợp công suất đặt $P_d$: $P_{tt} = k_{nc} \cdot P_d$; $Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi_{tb}$; $S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$. Với phụ tải nâng hạ cầu cảng, đồ án tra cứu hệ số nhu cầu $k_{nc} = 0,19$.
    • Công thức quy đổi công suất phụ tải 1 pha về 3 pha và thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: $P_{qd} = P_{dm} \sqrt{k_d%}$.
    • Dự báo phụ tải phát triển tương lai theo mô hình tăng trưởng: $S_{NM}(t) = S_{ttNM}(1 + \alpha \cdot t)$, với $\alpha = 0,06$ (tốc độ tăng trưởng $6%/\text{năm}$) trong khoảng thời gian $t = 10\text{ năm}$.

  2. Phương pháp xác định tọa độ tâm phụ tải: Tâm phụ tải của cảng được xác định trên hệ trục tọa độ hai chiều Đề-các $xOy$ tương ứng với mặt bằng bản vẽ tỷ lệ 1:2500 thông qua công thức trọng tâm công suất: $$X = \frac{\sum_{i=1}^{n} S_{tti} \cdot x_i}{\sum_{i=1}^{n} S_{tti}}; \quad Y = \frac{\sum_{i=1}^{n} S_{tti} \cdot y_i}{\sum_{i=1}^{n} S_{tti}}$$

  3. Phương pháp lựa chọn cấp điện áp và dây dẫn:

    • Ứng dụng công thức kinh nghiệm Still (Mỹ) để xác định cấp điện áp truyền tải định mức: $U = 4,34 \cdot \sqrt{L + 16 \cdot P_{ttC}}$ (với $L = 2\text{ km}$, $P_{ttC} = 2,7793\text{ MW}$).
    • Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế: $F_{kt} = \frac{I_{tt}}{J_{kt}}$, với $J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$ đối với đường dây nhôm lõi thép và $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$ đối với cáp đồng ngầm ($T_{max} = 3330\text{ h}$).
    • Kiểm tra điều kiện kỹ thuật của dây dẫn: điều kiện phát nóng khi có sự cố đứt một mạch $I_{sc} \le I_{cp}$ và điều kiện tổn thất điện áp cho phép $\Delta U \le \Delta U_{cp}$.

  4. Phương pháp so sánh kinh tế – kỹ thuật: Đánh giá và so sánh các phương án cung cấp điện dựa trên hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm: $$Z = (a_{vh} + a_{tc}) \cdot K + \Delta A \cdot C$$ Trong đó: $a_{vh}$ là hệ số vận hành ($a_{vh} = 0,1$ với trạm biến áp và đường cáp; $a_{vh} = 0,04$ với đường dây trên không); $a_{tc} = 0,125$ là hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư; $K$ là vốn đầu tư các thiết bị khác nhau giữa các phương án; $\Delta A$ là tổn thất điện năng hàng năm ($\text{kWh}$); $C = 750\text{ VNĐ/kWh}$ là giá điện năng tính toán.

  5. Nguồn dữ liệu thực hiện:

    • Mặt bằng quy hoạch tổng thể và bảng phân bố diện tích 31 hạng mục công trình cảng Đình Vũ.
    • Bảng thông số phụ tải động lực 4 khu vực cầu cảng và danh mục phụ tải chiếu sáng, thiết bị hành chính.
    • Sổ tay tra cứu kỹ thuật cung cấp điện, thông số thiết bị từ tài liệu chuyên ngành và catalogue thiết bị của các nhà sản xuất (máy biến áp ABB, cáp ngầm Furukawa).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về cung cấp điện cảng Đình Vũ

Chương 1 giới thiệu vị trí địa lý, quy hoạch hạ tầng và mô hình quản lý vận hành điện của cảng. Mặt bằng cảng có tổng diện tích $(522,066 \times 971,2)\text{ m}$, mặt bến dài $971,2\text{ m}$ chia làm 4 khu vực độc lập, ngăn cách bằng hệ thống cổng kiểm soát có trực ban gác:

  • Khu vực 1: Phục vụ bốc xếp hàng rời; gồm nhà hành chính 2 tầng 11 gian ($660\text{ m}^2$), nhà kho 1 ($102 \times 30\text{ m}$), 5 bãi chứa hàng rời, nhà xưởng sửa chữa 1 ($30 \times 15\text{ m}$), hội trường cảng ($11.760\text{ m}^2$), nhà ăn ca, cứu hỏa dịch vụ.
  • Khu vực 2: Phục vụ bốc xếp hàng rời và Container; gồm nhà 8 gian ($480\text{ m}^2$), nhà kho 2, bãi 6, bãi 7, bãi Container ($15.823\text{ m}^2$), kho dầu ($1.094,7\text{ m}^2$), gara ($1.174,8\text{ m}^2$), thủy đội ($972\text{ m}^2$), trung tâm điều độ ($594\text{ m}^2$), xưởng sửa chữa 2.
  • Khu vực 3: Phục vụ bốc xếp hàng rời và Container; gồm nhà 3 tầng ($660\text{ m}^2$), nhà kho 3, bãi 8, bãi 9, bãi Container, bãi ô tô ($5.460\text{ m}^2$), xưởng sửa chữa 3, trạm xăng, phòng đại lý ($221,4\text{ m}^2$).
  • Khu vực 4: Phục vụ hàng rời và Container; gồm khu văn phòng ($420\text{ m}^2$), nhà kho 4, bãi 13, bãi 14, bãi Container, xưởng sửa chữa 4, xưởng đội đế ($808,5\text{ m}^2$), vận tải thủy ($1.610\text{ m}^2$), câu lạc bộ thủy thủ ($1.925\text{ m}^2$), hải quan ($1.566\text{ m}^2$).

Về cơ cấu tổ chức Trung tâm Điện lực cảng Đình Vũ: Giám đốc điều hành chỉ đạo chung; hệ thống phòng ban chức năng gồm Phòng Kỹ thuật, Phòng Kế hoạch, Phòng Kế toán tài vụ, Phòng Hành chính, Phòng Vật tư; các đơn vị thực thi trực tiếp gồm Đội Sửa chữa điện, Đội Đế và Bộ phận Trực ban vận hành theo ca. Nguồn cung cấp điện chính nhận từ phía thứ cấp $22\text{ kV}$ của Trạm biến áp liên doanh Đình Vũ ($110-220/22\text{ kV}$). Nguồn dự phòng lấy từ tuyến đường dây trên không $22\text{ kV}$ thành phố đi dọc đường quy hoạch 365 và máy phát điện dự phòng.

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán cảng Đình Vũ

Chương 2 trình bày quá trình tính toán chi tiết phụ tải chiếu sáng và phụ tải động lực cho 4 phân khu và toàn cảng. Điện áp vận hành yêu cầu trực tiếp tại thiết bị là $380/220\text{ V}$, tần số công nghiệp $f = 50\text{ Hz}$. Phụ tải chiếu sáng đường sử dụng đèn EP 250 bóng BTC công suất $250\text{ W}$, khoảng cách giữa các cột đèn là $30\text{ m}$. Chiếu sáng bãi sử dụng hệ thống đèn pha công suất lớn bố trí trên 15 cột đèn pha chuyên dụng.

Kết quả tính toán tổng hợp phụ tải theo phương pháp hệ số nhu cầu ($k_{nc} = 0,19$) được thể hiện trong bảng sau:

STT Phân xưởng / Khu vực $P_{đ,SX}$ (kW) $P_{cs,HC}$ (kW) $P_{tt}$ (kW) $Q_{tt}$ (kVAr) $S_{tt}$ (kVA) $I_{tt}$ (A)
1 Khu vực 1 2880,00 457,06 634,04 710,13 952,00 1446,62
2 Khu vực 2 3360,00 337,52 702,53 786,84 1054,83 1602,65
3 Khu vực 3 3360,00 585,92 749,73 884,68 1159,64 1761,89
4 Khu vực 4 3360,00 287,32 693,00 817,74 1071,89 1628,57
Σ Tổng 4 khu vực 12960,00 1667,82 2779,30 3199,39 4238,36 6439,73

Khi tính toán cho toàn bộ cảng với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,9$:

  • Công suất tác dụng tính toán toàn cảng: $P_{ttC} = K_{đt} \cdot \sum P_{tt} = 0,9 \cdot 2779,3 = 2501,37\text{ kW}$.
  • Công suất phản kháng tính toán toàn cảng: $Q_{ttC} = K_{đt} \cdot \sum Q_{tt} = 0,9 \cdot 3199,39 = 2879,45\text{ kVAr}$.
  • Công suất biểu kiến tính toán toàn cảng: $S_{ttC} = \sqrt{P_{ttC}^2 + Q_{ttC}^2} = 3814,52\text{ kVA}$.
  • Dòng điện tính toán toàn cảng: $I_{ttC} = \frac{S_{ttC}}{\sqrt{3} \cdot U_{đm}} = 5795,76\text{ A}$.
  • Dự báo công suất tính toán sau 10 năm với tốc độ tăng trưởng $\alpha = 0,06$: $S_C(10) = 3814,52 \cdot (1 + 0,06 \cdot 10) = 6102,72\text{ kVA}$.

Biểu đồ phụ tải toàn cảng được xây dựng bằng các vòng tròn có bán kính $R$ (tỷ lệ xích $m = 2\text{ kVA/mm}^2$) và góc biểu diễn tỷ lệ phụ tải chiếu sáng $\alpha_{cs}$:

  • Khu vực 1: $R_1 = 12,32\text{ mm}$; $\alpha_{cs1} = 259,52^\circ$ (góc tính theo tỷ lệ công suất đặt hành chính).
  • Khu vực 2: $R_2 = 12,96\text{ mm}$; $\alpha_{cs2} = 172,96^\circ$.
  • Khu vực 3: $R_3 = 13,59\text{ mm}$; $\alpha_{cs3} = 281,35^\circ$.
  • Khu vực 4: $R_4 = 13,07\text{ mm}$; $\alpha_{cs4} = 149,26^\circ$.

Chương 3: Thiết kế mạng cao áp cho cảng Đình Vũ

Chương 3 giải quyết bài toán xác định cấu trúc lưới điện cao áp và trạm biến áp:

  • Tâm phụ tải: Tọa độ trọng tâm phụ tải toàn cảng được tính toán đạt giá trị $M(X = 517,5\text{ m}; Y = 362,5\text{ m})$, nằm sát đường ngăn cách giữa Khu vực 2 và Khu vực 3, được chọn làm vị trí đặt Trạm phân phối trung tâm (PPTT).
  • Cấp điện áp: Áp dụng công thức Still với $L = 2\text{ km}$ và $P_{ttC} = 2,7793\text{ MW}$, tính ra điện áp lý thuyết $U = 29,59\text{ kV}$. Tác giả lựa chọn cấp điện áp tiêu chuẩn $U = 22\text{ kV}$, phù hợp với xu hướng chuẩn hóa lưới trung áp tại Việt Nam.
  • Đường dây nguồn $22\text{ kV}$: Tuyến đường dây trên không lộ kép dài $2\text{ km}$ từ TBA liên doanh Đình Vũ về cảng có $I_{tt} = 50,05\text{ A}$. Với $T_{max} = 3330\text{ h}$ ($J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$), tiết diện kinh tế $F_{kt} = 45,5\text{ mm}^2$. Đồ án chọn dây nhôm lõi thép bọc PVC tiêu chuẩn AC-70. Kết quả kiểm tra: dòng sự cố đứt 1 dây $I_{sc} = 100,1\text{ A} < I_{cp} = 340\text{ A}$; tổn thất điện áp $\Delta U = 102,3\text{ V} < \Delta U_{cp} = 1100\text{ V}$ ($5%$).
  • Đề xuất hai phương án cấp điện cao áp:
    • Phương án 1: Xây dựng 01 Trạm PPTT nhận điện $22\text{ kV}$ và cấp điện hình tia bằng cáp ngầm kép đến 8 trạm biến áp khu vực ($B_1$ đến $B_8$). Trong đó, mỗi khu cầu cảng đặt 2 trạm riêng biệt cho phụ tải sản xuất (mỗi trạm gồm 2 máy biến áp $1200\text{ kVA}$) và phụ tải hành chính (mỗi trạm gồm 1 máy biến áp $560\text{ kVA}$). Tổng dung lượng đặt có tính đến hệ số quá tải sự cố $1,4$ và dự phòng phát triển tương lai $1,5$ lần.
    • Phương án 2: Xây dựng điểm phân phối trung gian và 4 trạm biến áp liên thông ($B_1$ đến $B_4$) đặt tại 4 khu vực. Trạm $B_1$ sử dụng 2 máy $1200\text{ kVA}$; các trạm $B_2, B_3, B_4$ mỗi trạm sử dụng 2 máy $1500\text{ kVA}$. Nguồn cấp đi trực tiếp từ đường dây $22\text{ kV}$ vào trạm $B_1$ và nguồn trung tâm thành phố vào trạm $B_4$.

Tất cả các tuyến cáp ngầm $22\text{ kV}$ nội bộ trong cả hai phương án đều sử dụng cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE, có đai thép bảo vệ, vỏ PVC do Furukawa chế tạo, tiết diện tiêu chuẩn $2\text{XPLE}(3 \times 35\text{ mm}^2)$ với đơn giá $80.000\text{ đ/m}$.

Chương 4: Thiết kế mạng hạ áp cảng Đình Vũ

Theo cấu trúc đề tài, Chương 4 thực hiện việc phân chia mạng hạ áp $380/220\text{ V}$ từ các trạm biến áp phân phối đến các tủ phân phối động lực, tủ chiếu sáng và các hố cấp điện chuyên dụng tại cầu cảng (mỗi khu cầu có 4 hố cấp điện cho cẩu trục, chân đế), đảm bảo bán kính cấp điện hạ áp và độ sụt áp nằm trong giới hạn cho phép.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

So sánh thông số kỹ thuật và kinh tế của các phương án trạm biến áp

Bảng tổng hợp lựa chọn máy biến áp (MBA $22/0,4\text{ kV}$ hãng ABB) cho Phương án 1:

Tên trạm Phụ tải phục vụ $S_{tt}$ (kVA) Số lượng MBA $S_{đmB}$ (kVA) Đơn giá ($10^3$ đ) Thành tiền ($10^3$ đ)
$B_1$ Sản xuất Cầu 1 1365,82 2 1200 241.100 482.200
$B_2$ Hành chính Cầu 1 183,31 1 560 110.700 110.700
$B_3$ Sản xuất Cầu 2 1593,03 2 1200 241.100 482.200
$B_4$ Hành chính Cầu 2 135,26 1 560 110.700 110.700
$B_5$ Sản xuất Cầu 3 1593,03 2 1200 241.100 482.200
$B_6$ Hành chính Cầu 3 238,05 1 560 110.700 110.700
$B_7$ Sản xuất Cầu 4 1593,03 2 1200 241.100 482.200
$B_8$ Hành chính Cầu 4 116,97 1 560 110.700 110.700
Σ Toàn mạng - 12 máy - - 2.371.600

Bảng tổng hợp lựa chọn máy biến áp cho Phương án 2:

Tên trạm Phụ tải phục vụ $\sum S_{tt}$ (kVA) Số lượng MBA $S_{đmB}$ (kVA) Đơn giá ($10^3$ đ) Thành tiền ($10^3$ đ)
$B_1$ Khu vực Bến 1 1549,13 2 1200 241.100 482.200
$B_2$ Khu vực Bến 2 1728,29 2 1500 285.300 570.600
$B_3$ Khu vực Bến 3 1831,08 2 1500 285.300 570.600
$B_4$ Khu vực Bến 4 1710,00 2 1500 285.300 570.600
Σ Toàn mạng - 8 máy - - 2.194.000

So sánh khối lượng cáp ngầm cao áp $22\text{ kV}$

  • Phương án 1 (Mạng hình tia từ Trạm PPTT):

    • Tổng chiều dài cáp ngầm kép $2\text{XPLE}(3 \times 35\text{ mm}^2)$ là $2.646\text{ m}$ (bao gồm $365\text{ m}$ tuyến nguồn vào PPTT; $491\text{ m}$ đến $B_1$; $241\text{ m}$ đến $B_2$; $173\text{ m}$ đến $B_3$; $166\text{ m}$ đến $B_4$; $80\text{ m}$ đến $B_5$; $293\text{ m}$ đến $B_6$; $334\text{ m}$ đến $B_7$; $503\text{ m}$ đến $B_8$).
    • Tổng chi phí cáp: $211.680.000\text{ VNĐ}$.

  • Phương án 2 (Mạng liên thông):

    • Tổng chiều dài cáp ngầm kép $2\text{XPLE}(3 \times 35\text{ mm}^2)$ là $1.633\text{ m}$ (bao gồm $490\text{ m}$ tuyến ĐDK-$B_1$; $233\text{ m}$ tuyến $B_1-B_2$; $210\text{ m}$ tuyến $B_2-B_3$; $210\text{ m}$ tuyến $B_3-B_4$; $490\text{ m}$ tuyến TTTP-$B_4$).
    • Tổng chi phí cáp: $130.640.000\text{ VNĐ}$.

Tính toán tổn thất kỹ thuật trong Phương án 1

  • Thời gian tổn thất công suất lớn nhất: $\tau = (0,124 + \frac{T_{max}}{10000})^2 \cdot 8760 = (0,124 + \frac{3330}{10000})^2 \cdot 8760 = 1830\text{ giờ}$.
  • Tổng tổn thất điện năng hàng năm trong 12 máy biến áp Phương án 1 đạt: $\Delta A_{MBA} = 204.649,4\text{ kWh/năm}$.
  • Tổn thất công suất tác dụng trên các tuyến cáp ngầm cao áp xuất phát từ PPTT:
    • Tuyến PPTT – $B_1$: $\Delta P_1 = 0,492\text{ kW}$.
    • Tuyến PPTT – $B_2$: $\Delta P_2 = 0,004\text{ kW}$.
    • Tuyến PPTT – $B_3$: $\Delta P_3 = 0,236\text{ kW}$.
    • Tuyến PPTT – $B_4$: $\Delta P_4 = 0,002\text{ kW}$.
    • Tuyến PPTT – $B_5$: $\Delta P_5 = 0,109\text{ kW}$.
    • Tuyến PPTT – $B_6$: $\Delta P_6 = 0,009\text{ kW}$.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho cảng Đình Vũ với các kết quả định lượng cụ thể:

  1. Xác định hệ thống phụ tải: Tổng hợp đầy đủ phụ tải động lực ($12.960\text{ kW}$) và phụ tải hành chính/chiếu sáng ($1.667,82\text{ kW}$) cho 4 khu vực cầu cảng. Xác định công suất tính toán toàn cảng tại thời điểm xây dựng là $P_{ttC} = 2501,37\text{ kW}$, $S_{ttC} = 3814,52\text{ kVA}$ và công suất dự báo tăng trưởng sau 10 năm đạt $6102,72\text{ kVA}$.
  2. Tối ưu hóa vị trí nguồn trung tâm: Xác định chính xác tọa độ tâm phụ tải $M(517,5\text{ m}; 362,5\text{ m})$ làm cơ sở bố trí trạm phân phối trung tâm nhằm tối thiểu hóa bán kính cấp điện và tổn thất điện áp.
  3. Lựa chọn giải pháp kỹ thuật đường dây và trạm:
    • Chuẩn hóa cấp điện áp $22\text{ kV}$ cho toàn mạng.
    • Tuyến đường dây trên không cấp nguồn $22\text{ kV}$ dài $2\text{ km}$ sử dụng dây AC-70 đảm bảo thỏa mãn đồng thời tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$), phát nóng sự cố ($100,1\text{ A} \le 340\text{ A}$) và độ sụt áp ($\Delta U = 102,3\text{ V} \le 1100\text{ V}$).
    • Toàn bộ cáp cao áp nội bộ sử dụng cáp ngầm $2\text{XPLE}(3 \times 35\text{ mm}^2)$ đồng bộ, vượt cấp tiêu chuẩn phát nóng và tổn thất áp, nâng cao độ tin cậy trong môi trường biển.
  4. Giải pháp kiến trúc cấp điện 2 nguồn: Đề xuất phương thức cấp điện lộ kép kết hợp nguồn điện lưới thành phố dự phòng qua đường quy hoạch 365 và hệ thống máy phát, đáp ứng tiêu chuẩn cung cấp điện an toàn cho phụ tải loại 1.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án thể hiện ở việc kết hợp hài hòa giữa các phương pháp tính toán giải tích cổ điển với các ràng buộc thực tiễn của công trình hạ tầng cảng biển nước sâu, đưa ra mô hình phân tách trạm biến áp theo chức năng sản xuất và hành chính để tối ưu hóa linh hoạt trong kinh doanh cho thuê mặt bằng bến cảng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế trong phạm vi tài liệu:

  • Quá trình tính toán tăng trưởng phụ tải tương lai được giản lược theo hệ số tăng trưởng hàng năm $\alpha = 0,06$ mà chưa đi sâu mô hình hóa chi tiết phụ tải của từng loại thiết bị công nghệ bốc xếp mới dự kiến lắp đặt.
  • Các thông số kinh tế sử dụng đơn giá thiết bị và giá điện thời điểm nghiên cứu ($C = 750\text{ VNĐ/kWh}$), cần được cập nhật theo cơ chế thị trường và biểu giá điện hiện hành.

Hướng phát triển nghiên cứu:

  • Tính toán chi tiết hệ thống bảo vệ rơle số và tự động hóa trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEC 61850.
  • Nghiên cứu giải pháp thiết kế hệ thống tiếp địa và chống sét chuyên dụng cho công trình ven biển chịu ảnh hưởng ăn mòn mặn và giông bão phức tạp.
  • Đánh giá hiệu quả lắp đặt hệ thống bù công suất phản kháng tự động tại thanh cái hạ áp để nâng cao hệ số $\cos\varphi$ và giảm thiểu chi phí mua công suất phản kháng.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có cấu trúc mẫu mực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, Cung cấp Điện: Tham khảo phương pháp luận, quy trình tính toán phụ tải công nghiệp quy mô lớn, kỹ năng lập bảng tổng hợp phụ tải và các bước kiểm nghiệm dây dẫn, máy biến áp.
  • Kỹ sư tư vấn thiết kế điện công trình: Sử dụng các số liệu thực tế về suất phụ tải chiếu sáng diện tích lớn, bãi container, hệ số nhu cầu cẩu trục ($k_{nc} = 0,19$), cùng mô hình tính toán so sánh kỹ thuật – kinh tế cho các dự án khu công nghiệp, cảng biển nước sâu.

Các phần có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm:

  • Phương pháp xác định tọa độ tâm phụ tải $M(X,Y)$ trên bản vẽ quy hoạch.
  • Ứng dụng công thức Still lựa chọn cấp điện áp kinh tế.
  • Bảng biểu tính toán tổn thất điện năng và tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp và cáp ngầm cao áp.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn điện cấp cho cảng Đình Vũ được lấy từ đâu và truyền tải về cảng bằng cấp điện áp nào? Nguồn cấp chính cho cảng được lấy từ phía thứ cấp của Trạm biến áp liên doanh Đình Vũ ($110-220/22\text{ kV}$) qua đường dây trên không $22\text{ kV}$ lộ kép dài $2\text{ km}$. Nguồn dự phòng được lấy từ đường dây trên không $22\text{ kV}$ của trung tâm thành phố đi dọc đường quy hoạch 365 và hệ thống máy phát điện dự phòng.

2. Tiết diện dây dẫn đường dây trên không cấp nguồn $22\text{ kV}$ được chọn là loại nào và kết quả kiểm tra kỹ thuật ra sao? Đường dây trên không được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt} = 1,1\text{ A/mm}^2$) là dây nhôm lõi thép bọc PVC tiết diện $70\text{ mm}^2$ (kí hiệu AC-70). Dây dẫn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi đứt một mạch ($I_{sc} = 100,1\text{ A} < I_{cp} = 340\text{ A}$) và điều kiện tổn thất điện áp ($\Delta U = 102,3\text{ V} < \Delta U_{cp} = 1100\text{ V}$).

3. Tọa độ tâm phụ tải của cảng Đình Vũ được xác định ở vị trí nào? Dựa trên hệ trục tọa độ vuông góc $xOy$ với tỷ lệ bản vẽ 1:2500, tọa độ tâm phụ tải của cảng được tính toán tại điểm $M(X = 517,5\text{ m}; Y = 362,5\text{ m})$, nằm ở khu vực gần kề đường ngăn cách giữa Khu vực 2 và Khu vực 3.

4. Phụ tải tính toán tổng thể của toàn cảng Đình Vũ ở thời điểm thiết kế và sau 10 năm là bao nhiêu? Phụ tải tính toán của toàn cảng ở thời điểm khởi động (hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,9$) là $P_{ttC} = 2501,37\text{ kW}$, $Q_{ttC} = 2879,45\text{ kVAr}$, $S_{ttC} = 3814,52\text{ kVA}$, $I_{ttC} = 5795,76\text{ A}$. Sau 10 năm với hệ số tăng trưởng $\alpha = 0,06$, công suất biểu kiến tính toán dự báo đạt $S_C(10) = 6102,72\text{ kVA}$.

5. Điểm khác biệt cơ bản giữa Phương án 1 và Phương án 2 trong thiết kế mạng cao áp là gì? Phương án 1 bố trí 01 Trạm phân phối trung tâm và 8 trạm biến áp khu vực (tách riêng trạm sản xuất dùng 2 MBA $1200\text{ kVA}$ và trạm hành chính dùng 1 MBA $560\text{ kVA}$ cho mỗi cầu) cấp điện hình tia. Phương án 2 bố trí 4 trạm biến áp liên thông (trạm $B_1$ gồm 2 máy $1200\text{ kVA}$, các trạm $B_2, B_3, B_4$ gồm 2 máy $1500\text{ kVA}$) cấp điện trực tiếp từ nguồn lưới mà không tách riêng lưới hành chính.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho cảng Đình Vũ" đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống cấp điện cho một tổ hợp cảng biển nước sâu quy mô lớn theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Thông qua việc phân tích mặt bằng, tính toán phụ tải động lực – chiếu sáng, xác định tâm phụ tải và ứng dụng công thức Still, tác giả đã xây dựng phương án cấp điện $22\text{ kV}$ tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế. Hệ thống trạm biến áp và mạng lưới cáp ngầm $2\text{XPLE}(3 \times 35\text{ mm}^2)$ được tính toán đồng bộ, đảm bảo khả năng chịu quá tải sự cố và đáp ứng nhu cầu gia tăng công suất trong 10 năm phát triển tiếp theo của cảng Đình Vũ. Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho công tác nghiên cứu, thiết kế hệ thống cung cấp điện công nghiệp và hạ tầng cảng biển.