Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng điện năng trong mọi lĩnh vực sản xuất, dịch vụ và hạ tầng xã hội không ngừng gia tăng. Việc nâng cấp và cải tiến hệ thống cung cấp điện đóng vai trò quyết định nhằm bảo đảm tính liên tục, an toàn và hiệu quả kinh tế cho các cơ sở hoạt động. Đồ án tốt nghiệp đại học ngành Điện Tự động công nghiệp tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (năm 2018) của sinh viên Nguyễn Đức Toàn, dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Đoàn Phong, tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một tổ hợp công trình đa chức năng (được ghi nhận trong nhiệm vụ đề tài và hồ sơ kỹ thuật gắn với mặt bằng sản xuất và điều trị của Bệnh viện Y học cổ truyền / cơ sở sản xuất Chiến Thắng tại quận Kiến An, thành phố Hải Phòng).

Việc xác định phụ tải tính toán một cách chính xác là bài toán trung tâm của thiết kế cung cấp điện. Nếu xác định phụ tải nhỏ hơn thực tế, hệ thống sẽ vận hành quá tải, làm suy giảm tuổi thọ thiết bị, tăng nguy cơ sự cố cháy nổ. Ngược lại, nếu xác định phụ tải tính toán lớn hơn nhu cầu thực tế, các thiết bị điện được lựa chọn sẽ dư thừa công suất, gây lãng phí vốn đầu tư và gia tăng tổn thất vận hành không tải.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đồ án là xây dựng phương án cung cấp điện tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế, bảo đảm độ tin cậy cấp điện loại 1, duy trì chất lượng điện áp và thuận tiện cho công tác quản lý, vận hành. Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể được giao trong văn bản bao gồm:

  1. Thu thập, phân tích số liệu ban đầu và xác định phụ tải tính toán chi tiết cho từng phân xưởng, khối hành chính, khối y tế và hệ thống kho bãi.
  2. Xây dựng các phương án cung cấp điện trung áp (22 kV) và hạ áp (0,4 kV); tính toán lựa chọn số lượng, dung lượng trạm biến áp và tiết diện dây dẫn/cáp ngầm cho từng phương án.
  3. Tính toán tổn thất công suất ($\Delta P$), tổn thất điện năng ($\Delta A$) và chi phí tính toán ($Z$) để so sánh kinh tế - kỹ thuật, từ đó lựa chọn phương án cấp điện tối ưu.
  4. Tính toán dòng ngắn mạch trong hệ thống và lựa chọn thiết bị đóng cắt, bảo vệ cao áp (máy cắt trung áp) và thiết bị phân phối hạ áp.
  5. Thiết kế mạng hạ áp và tính toán bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ cho toàn hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện trung áp (22 kV) và hạ áp (0,4 kV), các tổ máy biến áp phân phối, đường cáp ngầm XLPE, máy cắt cao áp và thiết bị bù công suất.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng tổ hợp gồm 5 phân xưởng sản xuất chính (PX1, PX2, PX3A, PX3B, PX4, PX5), phân xưởng cơ điện, khối nhà hành chính ($800\text{ m}^2$), khối nhà y tế ($600\text{ m}^2$), kho thành phẩm ($10.500\text{ m}^2$) và kho vật tư ($3.600\text{ m}^2$) tại địa bàn Kiến An, Hải Phòng.
  • Phạm vi nguồn cấp: Nguồn điện chính nhận từ trạm trung gian 110/22 kV Kiến An (xuất tuyến T2.14) và nguồn dự phòng nhận từ trạm 110/22 kV Đồ Sơn.
  • Thời gian thực hiện: Năm 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công thức tính toán

Đồ án áp dụng các tiêu chuẩn và phương pháp kinh điển trong kỹ thuật thiết kế cung cấp điện công nghiệp, bao gồm:

  1. Xác định phụ tải tính toán nhóm thiết bị động lực:

    • Xác định số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$) thông qua tỷ số thiết bị công suất lớn ($n^* = \frac{n_1}{n}$) và tỷ số công suất tác dụng ($p^* = \frac{P_1}{P}$).
    • Tra hệ số cực đại ($K_{max}$) theo hệ số sử dụng ($K_{sd}$) và $n_{hq}$.
    • Công thức tính công suất tác dụng cực đại nhóm: $$P_{tt} = K_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum P_{đm} = K_{max} \cdot P_{tb}$$
    • Công suất phản kháng và toàn phần: $$Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$$ $$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$$

  2. Xác định phụ tải chiếu sáng và phụ tải tổng hợp theo diện tích:

    • Công suất chiếu sáng: $P_{cs} = p_0 \cdot S$ (với $p_0$ là suất phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích $\text{W/m}^2$, $S$ là diện tích $\text{m}^2$).
    • Công suất động lực khối phụ trợ: $P_{đl} = K_{nc} \cdot P_đ$ (với $K_{nc}$ là hệ số nhu cầu).

  3. Phụ tải tính toán toàn cơ sở:

    • Tính toán có xét đến hệ số đồng thời ($K_{đt} = 0,85$): $$P_{ct} = K_{đt} \cdot \sum P_{tti}$$

  4. Lựa chọn dung lượng máy biến áp:

    • Đối với trạm đặt 2 máy biến áp vận hành song song và dự phòng quá tải sự cố ($K_{qt} = 1,4$): $$S_{đmB} \ge \frac{S_{tt}}{1,4}$$

  5. Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$):

    • Với thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 5000\text{ h}$, ruột đồng có $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$: $$F_{kt} = \frac{I_{max}}{J_{kt}}$$

  6. Đánh giá kinh tế kỹ thuật bằng hàm chi phí tính toán quy đổi ($Z$):

    • Công thức so sánh phương án: $$Z = (a_{vh} + a_{tc}) \cdot K + c \cdot \Delta A = (a_{vh} + a_{tc}) \cdot K + Y$$ (Trong đó: $a_{vh} = 0,1$ là hệ số vận hành trạm và cáp; $a_{tc} = 0,2$ là hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn; $K$ là tổng vốn đầu tư thiết bị và đường dây; $c = 750\text{ đ/kWh}$ là giá điện năng tổn thất; $\Delta A$ là điện năng tổn thất hàng năm).

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp thu thập và thống kê thông số kỹ thuật: Lập danh mục chi tiết từng nhóm máy móc, công suất định mức, hệ số công suất $\cos\varphi$, hệ số sử dụng $K_{sd}$ tại từng phân xưởng.
  • Phương pháp phân nhóm và tính toán giải tích: Chia nhỏ các phân xưởng thành các nhóm máy có cùng chế độ vận hành để xác định phụ tải tính toán từng cụm trước khi tổng hợp về thanh cái phân xưởng.
  • Phương pháp so sánh phương án kỹ thuật - kinh tế: Lập hai phương án phân bố trạm biến áp và mạng cao áp, tính toán định lượng các chỉ tiêu tổn thất và vốn đầu tư để chọn phương án tối ưu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung về bệnh viện Y học cổ truyền. Tổng quan về hệ thống cung cấp điện

Chương 1 trình bày tổng quan về vai trò của năng lượng điện trong sản xuất công nghiệp và đời sống, các yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi thiết kế hệ thống điện (độ tin cậy, chất lượng điện áp, độ an toàn và tính kinh tế). Chương này đi sâu vào việc thống kê phụ tải và tính toán công suất cho toàn bộ các hạng mục công trình:

  • Phân xưởng 1: Gồm 2 nhóm thiết bị máy gia công cơ khí, máy nghiền, trạm khí nén; tổng công suất tính toán đạt $P_{tt} = 1116,05\text{ kW}$, $Q_{tt} = 1071,4\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1547\text{ kVA}$.
  • Phân xưởng 2: Gồm 3 nhóm máy cắt, máy cán thép, máy nghiền, máy nén khí; tổng công suất $P_{tt} = 1438,37\text{ kW}$, $Q_{tt} = 1380,8\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1993,8\text{ kVA}$.
  • Phân xưởng 3A: Gồm 3 nhóm máy ép thủy lực, máy trộn, máy nghiền; tổng công suất $P_{tt} = 1355,24\text{ kW}$, $Q_{tt} = 1382,35\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1935,8\text{ kVA}$.
  • Phân xưởng 3B: Gồm 2 nhóm máy ép phun, máy hóa dẻo, hệ làm lạnh; tổng công suất $P_{tt} = 816,97\text{ kW}$, $Q_{tt} = 833,31\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1166,98\text{ kVA}$.
  • Phân xưởng 4: Gồm hệ thống máy trộn, lò nong, ép đùn; tổng công suất $P_{tt} = 733,74\text{ kW}$, $Q_{tt} = 660,3\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 987\text{ kVA}$.
  • Phân xưởng 5: Gồm 2 nhóm máy ép đùn PPR, khoan bàn, nén khí; tổng công suất $P_{tt} = 982,6\text{ kW}$, $Q_{tt} = 943,29\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1362,09\text{ kVA}$.
  • Phân xưởng cơ điện và khu phụ trợ:
    • Phân xưởng cơ điện: $P_{tt} = 167,32\text{ kW}$, $Q_{tt} = 122,14\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 207,15\text{ kVA}$.
    • Khu hành chính: $P_{tt} = 159,5\text{ kW}$, $Q_{tt} = 162,69\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 227,83\text{ kVA}$.
    • Khu y tế: $P_{tt} = 105\text{ kW}$, $Q_{tt} = 65,1\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 170,1\text{ kVA}$.
    • Kho thành phẩm: $P_{tt} = 287\text{ kW}$, $Q_{tt} = 215,25\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 358,75\text{ kVA}$.
    • Kho vật tư: $P_{tt} = 461,6\text{ kW}$, $Q_{tt} = 286,19\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 543,11\text{ kVA}$.
  • Tổng phụ tải tác dụng toàn cơ sở: Với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,85$, tổng công suất tác dụng tính toán toàn công trình là $P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$.
Hạng mục công trình Diện tích ($S$, $\text{m}^2$) $P_{cs}$ ($\text{kW}$) $P_{tt}$ ($\text{kW}$) $Q_{tt}$ ($\text{kVAr}$) $S_{tt}$ ($\text{kVA}$)
Phân xưởng 1 - 128,50 1116,05 1071,40 1547,00
Phân xưởng 2 - 85,50 1438,37 1380,80 1993,80
Phân xưởng 3A - 102,00 1355,24 1382,35 1935,80
Phân xưởng 3B - 67,70 816,97 833,31 1166,98
Phân xưởng 4 - 54,00 733,74 660,30 987,00
Phân xưởng 5 - 68,04 982,60 943,29 1362,09
Phân xưởng cơ điện - 42,52 167,32 122,14 207,15
Khu hành chính 800 16,00 159,50 162,69 227,83
Khu y tế 600 9,00 105,00 65,10 170,10
Khu thành phẩm 10.500 168,00 287,00 215,25 358,75
Kho vật tư 3.600 57,60 461,60 286,19 543,11
Toàn công trình ($K_{đt}=0,85$) - - 6551,69 - -

Chương 2: Xây dựng các phương án cấp điện

Chương 2 tập trung thiết kế cấu trúc lưới điện cao áp 22 kV nội bộ và cấu hình các trạm biến áp hạ áp 22/0,4 kV theo hai phương án:

  • Phương án 1 (Phân tán): Đặt 1 trạm phân phối trung tâm (TPPTT) và 5 trạm biến áp phân xưởng (B1: $2 \times 1250\text{ kVA}$, B2: $2 \times 1600\text{ kVA}$, B3: $2 \times 1600\text{ kVA}$, B4: $2 \times 1800\text{ kVA}$, B5: $2 \times 2000\text{ kVA}$; tổng cộng 10 máy biến áp). Cáp ngầm nối từ TPPTT tới các trạm dùng cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE 22 kV tiết diện $3 \times 35\text{ mm}^2$, tuyến nguồn HT-TPP dùng cáp $3 \times 95\text{ mm}^2$.
  • Phương án 2 (Tập trung): Đặt 1 trạm phân phối trung gian và 2 trạm biến áp phân xưởng công suất lớn (B1 cấp cho PX1, PX2, PX5, kho vật tư; B2 cấp cho PX3A, PX3B, PX4, PX cơ điện, hành chính, y tế, kho thành phẩm). Mỗi trạm đặt 2 máy biến áp 22/0,4 kV dung lượng $4000\text{ kVA}$ (tổng cộng 4 máy biến áp $4000\text{ kVA}$). Cáp cấp nguồn tới trạm biến áp dùng cáp $2\text{XLPE }(3 \times 50\text{ mm}^2)$.
Chỉ tiêu so sánh kỹ thuật - kinh tế Phương án 1 (5 TBA) Phương án 2 (2 TBA)
Số lượng và dung lượng máy biến áp $2 \times 1250 + 4 \times 1600 + 2 \times 1800 + 2 \times 2000\text{ kVA}$ (10 máy) $4 \times 4000\text{ kVA}$ (4 máy)
Vốn đầu tư máy biến áp ($K_{BA}$) $4.284 \times 10^6\text{ đ}$ $3.600 \times 10^6\text{ đ}$
Vốn đầu tư đường cáp cao áp ($K_{đd}$) $77,53 \times 10^6\text{ đ}$ $54,94 \times 10^6\text{ đ}$
Tổng vốn đầu tư ban đầu ($K$) $4.361,53 \times 10^6\text{ đ}$ $3.654,90 \times 10^6\text{ đ}$
Tổn thất công suất tác dụng ($\Delta P$) $11,352\text{ kW}$ $10,216\text{ kW}$
Tổn thất điện năng trạm biến áp ($\Delta A_{BA}$) $410.088,7\text{ kWh}$ $337.629,0\text{ kWh}$
Tổn thất điện năng đường dây ($\Delta A_{đd}$) $38.721,6\text{ kWh}$ $34.846,7\text{ kWh}$
Tổng tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$) $448.810,3\text{ kWh}$ $372.475,7\text{ kWh}$
Chi phí tính toán quy đổi ($Z$) $1.645 \times 10^6\text{ đ}$ $1.373 \times 10^6\text{ đ}$

Kết quả tính toán chứng minh Phương án 2 vượt trội về mặt kinh tế với tổng vốn đầu tư thấp hơn $706,63 \times 10^6\text{ đ}$, chi phí quy đổi $Z$ giảm $272 \times 10^6\text{ đ/năm}$, đồng thời tiết giảm được $76.334,6\text{ kWh}$ tổn thất điện năng mỗi năm. Do đó, Phương án 2 được chọn làm phương án thiết kế chính thức.

Chương 3: Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện

Chương 3 trình bày việc tính toán ngắn mạch trên hệ thống phân phối để kiểm tra và lựa chọn thiết bị đóng cắt trung áp tại trạm phân phối trung tâm và các trạm biến áp:

  • Cấu hình thanh cái: Áp dụng sơ đồ thanh góp phân đoạn có máy cắt liên lạc nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện loại 1.
  • Lựa chọn máy cắt đầu vào: Sử dụng máy cắt hợp bộ trung áp Siemens model 8DA10, cách điện khí $\text{SF}_6$ với các thông số định mức:
    • Điện áp định mức ($U_{đm}$): $24\text{ kV}$.
    • Dòng điện định mức ($I_{đm}$): $3150\text{ A}$.
    • Dòng cắt ngắn mạch ($I_N$): $110\text{ kA}$.
    • Dòng cắt định mức ($I_{cđm}$): $40\text{ kA}$.
  • Lựa chọn máy cắt nhánh: Sử dụng tủ máy cắt hợp bộ Siemens model 8DC11, cách điện $\text{SF}_6$, cấu trúc không cần bảo trì định kỳ, đáp ứng dòng ngắn mạch và khả năng thao tác bảo vệ máy biến áp $4000\text{ kVA}$.

Chương 4: Thiết kế mạng hạ áp và tính bù công suất phản kháng

Chương 4 hoàn thiện phương án phân phối điện phía hạ lưu tủ phân phối hạ áp $0,4\text{ kV}$:

  • Phân chia tuyến lộ cấp điện hạ áp từ thanh cái 0,4 kV của trạm B1 và B2 tới các tủ động lực, tủ phân phối phụ của từng phân xưởng.
  • Tính toán lựa chọn dung lượng tụ bù tĩnh hạ áp tại thanh cái các trạm biến áp phân xưởng nhằm bù công suất phản kháng $Q$, nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ đạt tiêu chuẩn vận hành của ngành điện lực, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên mạng phân phối.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc lưới điện và cấp điện áp

  • Nguồn cấp trung áp: Hệ thống nhận nguồn $22\text{ kV}$ kép từ lộ T2.14 trạm 110/22 kV Kiến An và lộ dự phòng từ trạm 110/22 kV Đồ Sơn.
  • Tuyến cáp truyền tải nội bộ: Sử dụng cáp đồng 3 lõi ngầm $2\text{XLPE } (3 \times 95\text{ mm}^2)$ từ điểm đấu nối hệ thống về trạm phân phối trung tâm ($L = 350\text{ m}$, $r_0 = 0,247\text{ }\Omega\text{/km}$, $x_0 = 0,112\text{ }\Omega\text{/km}$).
  • Trạm hạ áp phân xưởng:
    • Trạm B1: Đặt 2 máy biến áp $4000\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$, $P_0 = 4,7\text{ kW}$, $P_N = 29,4\text{ kW}$, $U_N% = 7%$, $I_0% = 0,7%$).
    • Trạm B2: Đặt 2 máy biến áp $4000\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$, $P_0 = 4,7\text{ kW}$, $P_N = 29,4\text{ kW}$, $U_N% = 7%$, $I_0% = 0,7%$).
  • Đường cáp cấp nguồn cho TBA: Tuyến cáp ngầm $2\text{XLPE } (3 \times 50\text{ mm}^2)$ chiều dài $12,2\text{ m}$ ($r_0 = 0,494\text{ }\Omega\text{/km}$, $x_0 = 0,124\text{ }\Omega\text{/km}$).

Thiết bị đóng cắt và bảo vệ

  • Máy cắt phân đoạn và lộ vào: Tủ hợp bộ Siemens 8DA10 sử dụng công nghệ cách điện khí $\text{SF}_6$, $24\text{ kV}$, $3150\text{ A}$.
  • Máy cắt lộ ra trạm biến áp: Tủ hợp bộ Siemens 8DC11 cách điện $\text{SF}_6$.
  • Hệ thống cáp: Chủng loại cáp đồng 3 lõi có đai thép bảo vệ, vỏ bọc PVC chống thấm do hãng Furukawa sản xuất.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

  1. Xác định chính xác tổng công suất tính toán tác dụng cho toàn bộ tổ hợp công trình đạt $P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$ trên cơ sở phân tích phụ tải của 11 phân xưởng và khu chức năng.
  2. Thiết kế và chứng minh tính khả thi của giải pháp tập trung hóa dung lượng trạm biến áp: thay thế 5 trạm biến áp nhỏ (10 máy biến áp) bằng 2 trạm biến áp công suất lớn (4 máy biến áp $4000\text{ kVA}$).
  3. Giảm tổn thất điện năng hàng năm từ $448.810,3\text{ kWh}$ (Phương án 1) xuống còn $372.475,7\text{ kWh}$ (Phương án 2), giúp tiết kiệm $76.334,6\text{ kWh/năm}$.
  4. Tối ưu hóa vốn đầu tư thiết bị từ $4.361,53 \times 10^6\text{ đ}$ xuống $3.654,90 \times 10^6\text{ đ}$ và giảm chi phí vận hành tính toán quy đổi hàng năm từ $1.645 \times 10^6\text{ đ}$ xuống $1.373 \times 10^6\text{ đ}$.
  5. Lựa chọn thành công hệ thống thiết bị đóng cắt trung áp công nghệ $\text{SF}_6$ của Siemens (8DA10 và 8DC11) và cáp ngầm Furukawa XLPE $22\text{ kV}$ đáp ứng tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật điện lực.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

Đồ án cung cấp một quy trình tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh và bài bản cho hệ thống cấp điện quy mô công nghiệp - dịch vụ. Giải pháp quy hoạch mạng điện 2 trạm biến áp $4000\text{ kVA}$ giúp thu gọn không gian lắp đặt, tập trung đầu mối quản lý vận hành, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác giám sát, bảo trì lưới điện mà vẫn đảm bảo độ tin cậy cấp điện loại 1.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế ghi nhận từ phạm vi đề tài

  • Các tính toán kinh tế mới dừng ở việc so sánh hàm chi phí tính toán quy đổi tĩnh ($Z$) theo các chỉ số định mức quy chuẩn ($a_{vh} = 0,1$, $a_{tc} = 0,2$, đơn giá điện tổn thất $750\text{ đ/kWh}$), chưa phân tích dòng tiền chiết khấu động (NPV, IRR) theo biến động thị trường.
  • Đồ án chưa tích hợp hệ thống tự động hóa điều khiển và giám sát thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) hiện đại cho các trạm biến áp phân xưởng.
  • Chưa khảo sát sâu sự tác động của sóng hài bậc cao do các thiết bị biến tần, máy ép phun công nghiệp sinh ra đối với tụ bù tĩnh và chất lượng điện năng.

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Nghiên cứu trang bị hệ thống giám sát năng lượng thông minh và điều khiển tự động chuyển nguồn ATS kết hợp giám sát SCADA/DMS.
  • Bổ sung hệ thống lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter) tại các phân xưởng có mật độ phụ tải phi tuyến cao.
  • Đánh giá khả năng tích hợp nguồn năng lượng tái tạo (điện mặt trời áp mái tự dùng) tại các khu nhà xưởng và kho thành phẩm diện tích lớn ($10.500\text{ m}^2$).

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Điện công nghiệp, Kỹ thuật điện, Điện tự động hóa: Làm mẫu tham khảo chi tiết về phương pháp tính phụ tải động lực theo nhóm máy ($n_{hq}$, $K_{max}$), phương pháp tính phụ tải chiếu sáng, lựa chọn trạm biến áp và dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt}$.
  • Kỹ sư tư vấn thiết kế cơ điện (MEP): Tham khảo quy trình so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa phương án trạm phân tán và trạm tập trung, cũng như cách thức lập bảng tra chọn thiết bị trung áp (máy cắt Siemens $\text{SF}_6$, cáp Furukawa XLPE).

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất tác dụng tính toán của toàn bộ cơ sở được xác định là bao nhiêu và sử dụng hệ số đồng thời nào?

Tổng công suất tác dụng tính toán toàn cơ sở được xác định bằng cách lấy tổng phụ tải của tất cả 11 phân xưởng và khu chức năng nhân với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,85$, đạt giá trị $P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$.

2. Vì sao Phương án 2 lại được lựa chọn là phương án tối ưu thay vì Phương án 1?

Phương án 2 (sử dụng 2 trạm biến áp, mỗi trạm gồm 2 máy biến áp $4000\text{ kVA}$) được lựa chọn vì vượt trội về mọi chỉ tiêu kinh tế: tổng vốn đầu tư ban đầu thấp hơn ($3.654,90 \times 10^6\text{ đ}$ so với $4.361,53 \times 10^6\text{ đ}$), tổn thất điện năng hàng năm thấp hơn ($372.475,7\text{ kWh}$ so với $448.810,3\text{ kWh}$) và chi phí quy đổi hàng năm nhỏ hơn ($1.373 \times 10^6\text{ đ}$ so với $1.645 \times 10^6\text{ đ}$), đồng thời giúp tinh gọn hệ thống quản lý, giám sát vận hành.

3. Nguồn cung cấp điện trung áp cho công trình được lấy từ những nguồn nào?

Nguồn cấp điện chính được lấy từ đường dây $22\text{ kV}$ lộ T2.14 thuộc trạm biến áp trung gian 110/22 kV Kiến An, và nguồn cấp điện dự phòng được lấy từ đường cáp trung áp thuộc trạm 110/22 kV Đồ Sơn.

4. Loại máy cắt trung áp nào của hãng Siemens được lựa chọn cho trạm phân phối trung tâm?

Đồ án lựa chọn máy cắt trung áp đầu vào là model 8DA10 của hãng Siemens (cách điện khí $\text{SF}_6$, điện áp định mức $24\text{ kV}$, dòng điện định mức $3150\text{ A}$, dòng cắt xung đỉnh $110\text{ kA}$, dòng cắt ngắn mạch định mức $40\text{ kA}$) và máy cắt lộ nhánh là model 8DC11 của Siemens.

5. Loại cáp điện cao áp nào được sử dụng để dẫn điện từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp?

Hệ thống sử dụng cáp đồng 3 lõi ngầm $22\text{ kV}$ cách điện XLPE, có lớp đai thép bảo vệ cơ học và vỏ ngoài PVC do hãng Furukawa sản xuất, với tiết diện $2\text{XLPE } (3 \times 50\text{ mm}^2)$ cho các nhánh trạm biến áp và $2\text{XLPE } (3 \times 95\text{ mm}^2)$ cho lộ chính từ hệ thống vào trạm phân phối.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Đức Toàn đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một tổ hợp công trình quy mô lớn với tổng công suất tác dụng đạt $6551,69\text{ kW}$. Thông qua việc tính toán phụ tải chi tiết và so sánh định lượng hai phương án cấp điện, tác giả đã lựa chọn thành công phương án tối ưu gồm 2 trạm biến áp tập trung trang bị 4 máy biến áp $4000\text{ kVA}$, kết hợp hệ thống cáp ngầm Furukawa và thiết bị đóng cắt trung áp Siemens $\text{SF}_6$. Kết quả thiết kế bảo đảm tiêu chuẩn cấp điện loại 1, giảm thiểu tổn thất điện năng và tối ưu hóa chi phí đầu tư xây dựng cũng như vận hành cho công trình.