Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành công nghiệp chế tạo cơ khí đóng vai trò xương sống trong chuỗi giá trị sản xuất công nghiệp quốc gia. Theo thống kê từ Bộ Công Thương, các khu công nghiệp cơ khí đòi hỏi mức độ sẵn sàng cung cấp điện lên đến 99.8%, bởi vì sự cố gián đoạn nguồn điện không chỉ gây đình trệ dây chuyền mà còn gây hư hỏng trực tiếp phôi kim loại gia công chính xác, phá hủy cấu trúc khuôn nhiệt luyện và gây thiệt hại kinh tế hàng tỷ đồng.

Dự án nghiên cứu: "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí và toàn bộ nhà máy cơ khí" giải quyết bài toán cốt lõi về tối ưu hóa cơ sở hạ tầng phân phối năng lượng cho một tổ hợp sản xuất cơ khí quy mô 13 hạng mục phân xưởng.

[Lưới điện Quốc gia 22 kV / Snm = 400 MVA]
        [Trạm Biến Áp Trung Tâm Nhà Máy]
          (3 x 800 kVA hoặc 2 x 1250 kVA)
 [Tủ Phân Phối Hạ Thế]    [Hệ thống Bù Tủ Tụ cosφ ≥ 0.9]
[Phân xưởng Cơ khí 1, 2]   [Phân xưởng Đúc/Rèn]   [Phân xưởng Phụ trợ & HC]
  (Tủ Động Lực Nhóm 1-4)    (Hộ phụ tải loại 1)       (Hộ phụ tải loại 2)

Vấn đề kỹ thuật (Problem Statement)

Các nhà máy cơ khí có đặc thù phụ tải biến động liên tục với dòng điện đỉnh nhọn ($I_{\text{đn}}$) rất lớn do động cơ máy công cụ (máy tiện, phay, bào, doa, máy biến áp hàn) khởi động liên tục. Nếu tính toán thừa công suất, chi phí vốn đầu tư (CAPEX) cho máy biến áp (MBA) và cáp hạ thế sẽ đội lên cao, hiệu suất vận hành non tải thấp gây lãng phí. Ngược lại, tính toán thiếu chính xác sẽ dẫn đến hiện tượng sụt áp vượt quá ngưỡng cho phép ($\Delta U > 5%$), gây phát nóng cáp điện dẫn tới cháy nổ, hoặc nhảy Aptomat tổng vô cớ.

Mục tiêu kỹ thuật của dự án

  1. Xác định chính xác phụ tải tính toán ($P_{\text{tt}}, Q_{\text{tt}}, S_{\text{tt}}$) cho 4 nhóm máy thuộc phân xưởng cơ khí và 13 hạng mục phụ tải toàn nhà máy bằng phương pháp giải tích số thiết bị hiệu quả ($n_{\text{hq}}$) và hệ số cực đại ($K_{\max}$).
  2. Tối ưu vị trí trạm biến áp hạ thế 22/0.4 kV dựa trên mômen phụ tải cực tiểu (tâm phụ tải trọng số không gian).
  3. So sánh kỹ thuật - kinh tế đa tiêu chí giữa 2 phương án trạm biến áp: $3 \times 800\text{ kVA}$ vs $2 \times 1250\text{ kVA}$ (sử dụng MBA ABB TMH).
  4. Thiết kế mạng điện hạ thế sơ đồ hình tia, lựa chọn và kiểm tra khí cụ bảo vệ Aptomat (Hwa Shih), tủ hợp bộ trung/hạ thế (Siemens 8DH10 cách điện $SF_6$), và cáp ngầm ruột đồng bọc XLPE.
  5. Thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất toàn nhà máy từ $\cos\varphi_1 = 0.77 \div 0.80$ lên $\cos\varphi_2 \ge 0.90$.

Phạm vi và giới hạn

  • Phạm vi: Nguồn cấp trung áp 22 kV, công suất ngắn mạch hệ thống $S_{\text{nm}} = 400\text{ MVA}$, khoảng cách nguồn 10 km; mạng phân phối hạ áp $380/220\text{ V}$, $50\text{ Hz}$; diện tích phân xưởng cơ khí $130\text{ m}^2$, diện tích toàn nhà máy $16,319.04\text{ m}^2$ ($152.8\text{ m} \times 106.8\text{ m}$).
  • Giới hạn: Tập trung chi tiết thiết bị vào phân xưởng sửa chữa cơ khí và trạm biến áp trung tâm; các phân xưởng khác xác định điểm đấu nối đầu vào.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng và phân loại phụ tải

Toàn bộ nhà máy cơ khí gồm 13 hạng mục được phân loại nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện:

  • Hộ phụ tải loại 1 (Đòi hỏi cấp điện liên tục 100%): Phân xưởng Cơ khí 1, Cơ khí 2, Đúc thép (200 kW), Đúc gang (180 kW), Nhiệt luyện (170 kW), Mộc mẫu (90 kW), Kiểm nghiệm (70 kW). Mất điện gây phế phẩm hàng loạt trong lò đúc/lò tôi và hư hại thiết bị quang học chính xác.
  • Hộ phụ tải loại 2 (Cho phép mất điện ngắn hạn trong thời gian chuyển đổi nguồn): Cơ điện (120 kW), Rèn dập (165 kW), Dụng cụ (160 kW), Kho 1, Kho 2, Nhà hành chính.
Giải pháp thiết kế mạng Ưu điểm kỹ thuật Nhược điểm kỹ thuật Đánh giá mức độ phù hợp
Sơ đồ hình tia (Radial) Độ tin cậy cao, bảo vệ chọn lọc đơn giản, dễ khoanh vùng sự cố, chi phí vận hành thấp Tổng chiều dài cáp lớn, vốn đầu tư ban đầu cao hơn sơ đồ trục Chọn: Phù hợp tuyệt đối cho phân xưởng cơ khí diện tích hẹp và máy công cụ loại 1
Sơ đồ phân nhánh (Busway/Trunk) Tiết kiệm dây dẫn, linh hoạt thay đổi vị trí máy công cụ Độ tin cậy thấp; sự cố trục chính làm mất điện toàn bộ phân xưởng Không phù hợp cho phụ tải loại 1 có tính đồng bộ cao
Sơ đồ vòng kín hở mạch (Ring) Đảm bảo cấp điện liên tục khi đứt 1 nhánh Vận hành phức tạp, thiết bị bảo vệ rơle đắt tiền Chỉ áp dụng cho tuyến đường dây trung áp cấp cho TBA

Yêu cầu kỹ thuật theo thang MoSCoW

  • Must-have: Dự phòng $100%$ công suất sự cố cho phụ tải loại 1 với hệ số quá tải MBA $K_{\text{qt}} = 1.4$; độ sụt áp tại đầu cực động cơ xa nhất $\Delta U% \le 5%$; bảo vệ ngắn mạch và quá tải cắt có chọn lọc.
  • Should-have: Nâng hệ số $\cos\varphi \ge 0.90$ giảm phạt tiền điện lực; sử dụng tủ hợp bộ trung thế $SF_6$ không cần bảo trì định kỳ.
  • Could-have: Tự động hóa đóng cắt nguồn dự phòng ATS hạ thế.
  • Won't-have (giai đoạn này): Tích hợp nguồn phát điện mặt trời mái nhà hòa lưới.

Thiết kế hệ thống và kiến trúc mạng điện

1. Tính toán tâm phụ tải không gian

Tọa độ lắp đặt trạm biến áp được xác định bằng phương pháp mômen tĩnh điện nhằm giảm thiểu tổn thất điện áp $\Delta U$ và tổn thất công suất $\Delta P$:

$$X_0 = \frac{\sum_{i=1}^{n} S_i \cdot x_i}{\sum_{i=1}^{n} S_i}, \quad Y_0 = \frac{\sum_{i=1}^{n} S_i \cdot y_i}{\sum_{i=1}^{n} S_i}$$

Kết quả tính toán giải tích từ bình đồ nhà máy cho tọa độ trọng tâm lý thuyết là $(X_0, Y_0) = (85\text{ mm}, 115\text{ mm})$. Nhằm đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy, thẩm mỹ công nghiệp và thuận tiện cho tuyến cáp ngầm trung thế 22 kV tiếp cận, vị trí trạm biến áp được tịnh tiến tối ưu về phía tường biên: $(X_{\text{TBA}}, Y_{\text{TBA}}) = (85\text{ mm}, 165\text{ mm})$.

    Y (mm)
     0               85                         150

2. Kiến trúc lựa chọn công nghệ và thiết bị

  • Máy biến áp lực: MBA ngâm dầu 3 pha 22/0.4 kV, tổ đấu dây $\text{Y/Y}_0-12$, hãng ABB (Series TMH tiêu chuẩn tổn hao thấp).
  • Tủ trung thế & hạ thế: Tủ hợp bộ Siemens 8DH10 (dao cách ly 3 vị trí, cách điện khí nén quyển kín $SF_6$, định mức 25 kV / 630 A, dòng cắt ngắn mạch định mức $I_N = 25\text{ kA}$).
  • Khí cụ đóng cắt hạ áp: Aptomat khối (MCCB) dòng SA53-G và EA103-6 / EA203-G do hãng Hwa Shih chế tạo, điện áp định mức 600 V.
  • Dây dẫn và cáp: Cáp đồng 3 pha 4 lõi bọc cách điện XLPE/PVC lắp ngầm trong hào cáp bê tông và ống thép luồn sàn xưởng độ sâu 20 cm.

Phương pháp luận (Methodology)

Phương pháp luận thiết kế tuân thủ quy trình chuẩn IEEE Standard 141 kết hợp Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Kỹ thuật Điện (QCVN QTĐ:2009/BCT):

  1. Phân nhóm thiết bị: Gom cụm 6 thiết bị/nhóm dựa trên bán kính cấp điện, công nghệ và tính đồng thời.
  2. Quy đổi công suất ngắn hạn lặp lại: Đối với máy hàn hồ quang điện ($S_{\text{đm}} = 15\text{ kVA}, \varepsilon% = 15%$), quy đổi về chế độ dài hạn $\varepsilon% = 100%$: $$P_{\text{qđ}} = S_{\text{đm}} \cdot \cos\varphi \cdot \sqrt{\varepsilon} = 15 \cdot 0.6 \cdot \sqrt{0.15} = 3.48\text{ kW}$$
  3. Thuật toán xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{\text{hq}}$): $$n^* = \frac{n_1}{n}, \quad P^* = \frac{P_1}{P} \implies n_{\text{hq}} = f(n^, P^) \cdot n$$
  4. Xác định công suất tính toán: $P_{\text{tt}} = K_{\max} \cdot K_{\text{sd}} \cdot \sum P_{\text{đm}}$.
  5. Đánh giá kinh tế kỹ thuật: So sánh hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm: $$Z = K_{\text{tc}} \cdot K_{\text{đt}} + C_{\text{vh}} \to \min$$

Implementation và kết quả

Quy trình tính toán chi tiết và thuật toán phụ tải

Toàn bộ quy trình tính toán phụ tải phân xưởng cơ khí được mô hình hóa bằng thuật toán xác định $n_{\text{hq}}$ và $K_{\max}$ chuẩn hóa:

def calculate_group_load(devices):
    """
    devices: list of dicts with keys: 'p_dm', 'k_sd', 'cos_phi', 'quantity'
    """
    total_p = sum(d['p_dm'] * d['quantity'] for d in devices)
    p_max = max(d['p_dm'] for d in devices)
    
    # Số thiết bị có công suất >= 0.5 * P_max
    n1_devices = [d for d in devices if d['p_dm'] >= 0.5 * p_max]
    n1 = sum(d['quantity'] for d in n1_devices)
    p1 = sum(d['p_dm'] * d['quantity'] for d in n1_devices)
    n = sum(d['quantity'] for d in devices)
    
    n_star = n1 / n
    p_star = p1 / total_p
    
    # Tra bảng n_hq_star = f(n_star, p_star)
    n_hq = n * lookup_nhq_table(n_star, p_star)
    k_sd_tb = sum(d['p_dm'] * d['k_sd'] * d['quantity'] for d in devices) / total_p
    
    # Tra bảng K_max = f(k_sd_tb, n_hq)
    k_max = lookup_kmax_table(k_sd_tb, n_hq)
    
    p_tt = k_max * k_sd_tb * total_p
    cos_phi_tb = sum(d['p_dm'] * d['cos_phi'] * d['quantity'] for d in devices) / total_p
    q_tt = p_tt * math.tan(math.acos(cos_phi_tb))
    s_tt = math.sqrt(p_tt**2 + q_tt**2)
    i_tt = s_tt / (math.sqrt(3) * 0.380)
    
    return {'P_tt': p_tt, 'Q_tt': q_tt, 'S_tt': s_tt, 'I_tt': i_tt}

Kết quả tính toán 4 nhóm máy phân xưởng cơ khí:

  • Nhóm 1: $\sum P_{\text{đm}} = 38\text{ kW}, K_{\text{sdTB}} = 0.17, n_{\text{hq}} = 5.52, K_{\max} = 2.5 \implies P_{\text{tt}} = 16.15\text{ kW}, Q_{\text{tt}} = 12.50\text{ kVAr}, I_{\text{tt}} = 31.06\text{ A}, I_{\text{đn}} = 132.42\text{ A}$.
  • Nhóm 2: $\sum P_{\text{đm}} = 60.2\text{ kW}, K_{\text{sdTB}} = 0.16, n_{\text{hq}} = 4.62, K_{\max} = 2.6 \implies P_{\text{tt}} = 25.04\text{ kW}, Q_{\text{tt}} = 33.33\text{ kVAr}, I_{\text{tt}} = 56.24\text{ A}, I_{\text{đn}} = 286.21\text{ A}$.
  • Nhóm 3: $\sum P_{\text{đm}} = 54.0\text{ kW}, K_{\text{sdTB}} = 0.18, n_{\text{hq}} = 5.22, K_{\max} = 2.5 \implies P_{\text{tt}} = 24.30\text{ kW}, Q_{\text{tt}} = 27.46\text{ kVAr}, I_{\text{tt}} = 55.71\text{ A}, I_{\text{đn}} = 200.78\text{ A}$.
  • Nhóm 4: $\sum P_{\text{đm}} = 59.5\text{ kW}, K_{\text{sdTB}} = 0.18, n_{\text{hq}} = 5.22, K_{\max} = 2.5 \implies P_{\text{tt}} = 26.77\text{ kW}, Q_{\text{tt}} = 30.25\text{ kVAr}, I_{\text{tt}} = 61.38\text{ A}, I_{\text{đn}} = 198.56\text{ A}$.

Tổng hợp phân xưởng cơ khí (Hệ số đồng thời $K_{\text{đt}} = 0.9$, chiếu sáng $P_{\text{cs}} = 6.41\text{ kW}$):

  • $P_{\text{ttpx}} = 0.9 \times (16.15 + 25.04 + 24.30 + 26.77 + 6.41) = 88.8\text{ kW}$.
  • $Q_{\text{ttpx}} = 0.9 \times (12.50 + 33.33 + 27.46 + 30.25 + 5.13) = 87.65\text{ kVAr}$.
  • $S_{\text{ttpx}} = \sqrt{88.8^2 + 87.65^2} = 124.77\text{ kVA}$.
  • Dòng điện tính toán phân xưởng: $I_{\text{ttpx}} = \frac{124.77}{\sqrt{3} \times 0.38} = 189.57\text{ A}$. Hệ số $\cos\varphi_{\text{px}} = 0.71$.

Kiểm nghiệm chọn khí cụ và cáp điện hạ thế

Cáp điện được kiểm tra theo điều kiện phát nóng kết hợp phối hợp bảo vệ Aptomat: $$I_{\text{cp}} \ge \frac{I_{\text{lvmax}}}{K_1 \cdot K_2 \cdot K_3 \cdot K_4} = \frac{I_{\text{đm}}}{0.95}$$ $$I_{\text{cp}} \ge \frac{I_{\text{đmA}}}{\alpha \cdot K} \quad (\text{với } \alpha = 3 \text{ cho mạng động lực})$$

Nhóm / Thiết bị Dòng $I_{\text{đm}} / I_{\text{tt}}$ (A) Dòng đỉnh nhọn $I_{\text{đn}}$ (A) Mã hiệu Aptomat Hwa Shih Cỡ cáp Cu/XLPE/PVC ($mm^2$) Dòng cho phép $I_{\text{cp}}$ (A)
Máy tiện 1 (Nhóm 1) 21.03 42.06 SA53-G ($50\text{ A}$) 3G1.5 31.0
Máy hàn hồ quang 15 46.05 92.10 EA103-6 ($100\text{ A}$) 3G4.0 53.0
Máy doa 17 (Nhóm 4) 39.73 79.46 EA103-6 ($100\text{ A}$) 3G2.5 41.0
Nhóm 1 tổng 31.06 132.42 EA103-6 ($100\text{ A}$) 3G6.0 66.0
Nhóm 2 tổng 56.24 286.21 EA203-G ($125\text{ A}$) 3G6.0 66.0
Nhóm 3 tổng 55.71 200.78 EA203-G ($125\text{ A}$) 3G6.0 66.0
Nhóm 4 tổng 61.38 198.56 EA203-G ($125\text{ A}$) 3G6.0 66.0
Tổng tủ PX Cơ khí 189.57 335.80 EA203-G ($200\text{ A}$) Thanh cái đồng $4 \times (30 \times 4)$ 420.0

So sánh Kỹ thuật - Kinh tế lựa chọn Trạm biến áp Toàn nhà máy

  • Tổng phụ tải tính toán toàn nhà máy: $P_{\text{ttnm}} = 1527\text{ kW}$, $Q_{\text{ttnm}} = 1175\text{ kVAr}$, $S_{\text{ttnm}} = 2054\text{ kVA}$.
                 SO SÁNH CHỈ TIÊU KINH TẾ GIỮA 2 PHƯƠNG ÁN MBA
Chỉ số kinh tế - kỹ thuật Phương án 1 ($3 \times 800\text{ kVA}$) Phương án 2 ($2 \times 1250\text{ kVA}$) Chênh lệch / Đánh giá
Tổng dung lượng đặt $2400\text{ kVA}$ ($K_{\text{pt}} \approx 85.5%$) $2500\text{ kVA}$ ($K_{\text{pt}} \approx 82.1%$) Tương đương
Khả năng cấp sự cố hộ loại 1 $2 \times 800 \times 1.4 = 2240\text{ kVA} > S_{L1}$ $1 \times 1250 \times 1.4 = 1750\text{ kVA} \ge S_{L1}$ Cả 2 đều đạt tiêu chuẩn N-1
Vốn đầu tư mua MBA ($K_1$) 1,410,000,000 VNĐ 1,240,000,000 VNĐ PA 2 rẻ hơn 170 triệu VNĐ
Tổn thất điện năng ($\Delta A$) 47,718 kWh/năm 57,124 kWh/năm PA 1 tiết kiệm 9,406 kWh/năm
Chi phí vận hành hàng năm ($C$) 109,500,000 VNĐ/năm 143,400,000 VNĐ/năm PA 1 tiết kiệm 33.9 triệu/năm
Thời gian hoàn vốn sai lệch ($T_{\text{hv}}$) $\frac{1410 - 1240}{143.4 - 109.5} = \mathbf{5.01\text{ năm}}$ — Nằm trong hạn mức cho phép ($< 7\text{ năm}$)

Quyết định kỹ thuật: Chọn Phương án 1 ($3 \times 800\text{ kVA}$) vì chi phí vận hành lâu dài thấp hơn vượt trội, mức độ linh hoạt vận hành cao (khi bảo dưỡng 1 máy chỉ cần cắt $1/3$ hệ thống, 2 máy còn lại tiếp tục duy trì sản xuất).

Đổi mới và đóng góp

  1. Phương pháp gom cụm và giải tích hệ số sử dụng: Không áp dụng hệ số nhu cầu cào bằng ($K_{\text{nc}}$) thiếu chính xác, đồ án áp dụng phương pháp thiết bị hiệu quả $n_{\text{hq}}$ chuẩn hóa, giúp giảm dung lượng tính toán ảo xuống $14.3%$, tránh lãng phí tiết diện cáp đồng.
  2. Mô hình hóa dòng điện đỉnh nhọn liên tục ($I_{\text{đn}}$): Đảm bảo $100%$ Aptomat bảo vệ nhánh không bị tác động nhầm khi máy phay/bào công suất lớn khởi động đồng thời với máy hàn.
  3. Thiết kế tụ bù tối ưu: Xác định chính xác dung lượng bù $Q_{\text{bù}} = P_{\text{ttnm}} \cdot (\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2) = 1527 \cdot (\tan(\arccos 0.8) - \tan(\arccos 0.9)) = 619\text{ kVAr}$, chia thành các bộ tụ bù tự động 6 cấp điều khiển bằng rơle vi điều khiển, triệt tiêu tiền phạt công suất phản kháng theo quy định EVN.
  4. Chuẩn hóa công nghệ tủ hợp bộ trung thế: Đề xuất ứng dụng tủ Siemens 8DH10 $SF_6$ kín hoàn toàn, chống bụi kim loại và hơi dầu đặc thù trong phân xưởng cơ khí, nâng cao tuổi thọ vận hành thiết bị lên trên 25 năm.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế

  • Chế độ bình thường: 3 MBA 800 kVA vận hành độc lập cấp nguồn cho 3 phân đoạn thanh cái hạ thế riêng biệt.
    • MBA 1 (800 kVA): Cấp điện Đúc gang, Cơ khí 2, Nhiệt luyện ($S_{\text{tt1}} = 658\text{ kVA}$).
    • MBA 2 (800 kVA): Cấp điện Rèn dập, Đúc thép, Mộc mẫu, Cơ khí 1 ($S_{\text{tt2}} = 716\text{ kVA}$).
    • MBA 3 (800 kVA): Cấp điện Khối phụ trợ, Dụng cụ, Hành chính, Kho bãi ($S_{\text{tt3}} = 680\text{ kVA}$).
  • Chế độ sự cố 1 MBA (Ví dụ sự cố MBA 3): Máy cắt liên lạc hạ thế tự động đóng trong thời gian $< 1.5\text{ s}$, MBA 1 và MBA 2 kích hoạt chế độ quá tải cho phép $140%$, gánh toàn bộ tải loại 1 của nhà máy liên tục mà không gây gián đoạn sản xuất.
                           SƠ ĐỒ CHUYỂN MẠCH SỰ CỐ N-1
 [MBA 1: 800 kVA]              [MBA 2: 800 kVA]              [MBA 3: 800 kVA (SỰ CỐ)]
  [Thanh cái Hạ áp 1]           [Thanh cái Hạ áp 2]             [Thanh cái Hạ áp 3]
   [Phụ tải Loại 1]

Yêu cầu triển khai và lắp đặt

  • Rãnh cáp phân xưởng xây gạch, láng vữa xi măng mác 75, nắp đan bê tông cốt thép chịu lực xe nâng 3 tấn.
  • Hệ thống nối đất an toàn và nối đất lặp lại đạt điện trở tiêu chuẩn $R_{\text{đ}} \le 4,\Omega$.
  • Toàn bộ vỏ máy tiện, máy phay liên kết đẳng thế qua dây PE độc lập.

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế kỹ thuật: Chưa mô phỏng chi tiết ảnh hưởng sóng hài bậc cao phát sinh từ bộ nghịch lưu của máy hàn điện tử và các biến tần điều khiển động cơ CNC.
  • Hướng phát triển:
    • Tích hợp bộ lọc sóng hài chủ động (Active Harmonic Filter - AHF) tại thanh cái hạ thế.
    • Ứng dụng hệ thống giám sát năng lượng thông minh SCADA/EMS (Energy Management System) trên nền tảng IoT để đo lường phụ tải thời gian thực.
    • Nghiên cứu lắp đặt hệ thống pin lưu trữ BESS kết hợp điện mặt trời mái nhà công suất $500\text{ kWp}$ nhằm cắt đỉnh biểu đồ phụ tải (Peak shaving).

Đối tượng hưởng lợi

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai hệ thống là gì?

Cần nguồn cấp trung thế ổn định 22 kV từ trạm biến áp khu vực, diện tích mặt bằng xây dựng trạm biến áp tối thiểu $30\text{ m}^2$ tại tọa độ $(85, 165)$, nền móng trạm chịu tải trọng máy biến áp ngâm dầu 800 kVA (khoảng 3.2 tấn/máy), và hệ thống tiếp địa $R_{\text{đ}} \le 4,\Omega$.

2. Giới hạn mở rộng phụ tải trong tương lai là bao nhiêu?

Hệ thống 3 MBA 800 kVA ($2400\text{ kVA}$) hiện mang tải $85.5%$. Khi nhà máy mở rộng quy mô, có thể nâng công suất thêm $15 - 20%$ phụ tải bằng cách lắp đặt quạt làm mát cưỡng bức cho MBA hoặc nâng dung lượng bù công suất phản kháng lên $\cos\varphi = 0.95$.

3. Tại sao chọn Aptomat SA/EA của Hwa Shih thay vì các dòng dân dụng?

Dòng Aptomat SA/EA của Hwa Shih được thiết kế đặc thù cho công nghiệp nặng với dòng cắt ngắn mạch chịu đựng cao ($I_{\text{cu}} = 5 \div 18\text{ kA}$), trang bị rơle nhiệt lưỡng kim và cuộn điện từ chống dòng đỉnh nhọn mở máy động cơ mà không gây tác động ngắt mạch ngoài ý muốn.

4. Chi phí bảo dưỡng và bảo trì hàng năm gồm những gì?

Chi phí bảo dưỡng định kỳ (khoảng 15 triệu VNĐ/năm) bao gồm thử nghiệm dầu cách điện MBA, làm sạch bụi bề mặt sứ trung thế, kiểm tra siết lực đầu cosse thanh cái và đo kiểm tra điện dung hệ thống tủ tụ bù hạ thế.

5. Thời gian thu hồi vốn chênh lệch giữa 2 phương án TBA là bao lâu?

Phương án 3 MBA 800 kVA đắt hơn 170 triệu VNĐ tiền mua máy biến áp so với phương án 2 MBA 1250 kVA, nhưng tiết kiệm $9,406\text{ kWh}$ tổn thất điện năng và 33.9 triệu VNĐ chi phí vận hành mỗi năm. Thời gian thu hồi vốn chênh lệch là 5.01 năm, hoàn toàn tối ưu trong vòng đời dự án 25 năm.

Kết luận

Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí và toàn bộ nhà máy cơ khí" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu kỹ thuật đặt ra:

  • Xác định chính xác phụ tải tính toán $P_{\text{tt}} = 1527\text{ kW}$, $S_{\text{tt}} = 2054\text{ kVA}$ dựa trên phương pháp giải tích thiết bị hiệu quả.
  • Lựa chọn giải pháp kỹ thuật tối ưu với cấu hình 3 Trạm Biến Áp ABB 800 kVA (22/0.4 kV), đảm bảo tiêu chuẩn độ tin cậy N-1 cho $100%$ phụ tải loại 1.
  • Thiết lập hoàn chỉnh sơ đồ nguyên lý hình tia, bảng chọn cáp đồng XLPE và hệ thống khí cụ đóng cắt bảo vệ chọn lọc Hwa Shih / Siemens 8DH10.
  • Đạt hiệu quả kinh tế rõ rệt: Giảm tổn thất điện năng hàng năm xuống mức $47,718\text{ kWh}$, thời gian hoàn vốn đầu tư chênh lệch đạt $5.01\text{ năm}$, nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi \ge 0.90$.

Dự án là bộ tài liệu hoàn chỉnh, có giá trị ứng dụng cao cho công tác thiết kế, thẩm tra và thi công mạng lưới điện hạ thế trong các tổ hợp nhà máy sản xuất cơ khí hiện đại.