Giới thiệu dự án
Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành sản xuất kim khí - vật liệu gia dụng chịu áp lực lớn về việc tối ưu hóa chi phí năng lượng và duy trì sự liên tục trong quy trình vận hành. Ngành gia công sắt tráng men và cán kéo nhôm đòi hỏi hệ thống phụ tải hỗn hợp gồm máy cắt công suất lớn, máy dập thủy lực lên đến 500 tấn, máy hàn cao tần và các hệ thống lò nung bán tự động. Theo số liệu thống kê năng lượng công nghiệp, chi phí điện năng chiếm từ 15% đến 28% tổng chi phí vận hành của các nhà máy gia công kim loại tấm. Một hệ số công suất kém ($\cos\varphi < 0.85$) cùng với tổn thất điện áp cục bộ không chỉ gây phạt tiền điện phản kháng mà còn trực tiếp làm giảm tuổi thọ động cơ và thiết bị nhiệt luyện.
Vấn đề kỹ thuật cốt lõi tại Công ty Cổ phần Sắt tráng men - Nhôm Hải Phòng nằm ở đặc thù phân bố mặt bằng rộng (kích thước khu đất $298\text{ m} \times 222\text{ m}$, diện tích xây dựng trên $6.2\text{ ha}$) với 7 phân xưởng sản xuất chính và các khu phụ trợ. Việc tập hợp hơn 300 đầu máy công nghiệp hoạt động ở chế độ làm việc dài hạn và ngắn hạn lặp lại dễ dẫn đến tình trạng quá tải cục bộ, sụt áp trên thanh cái hạ áp và tổn thất điện năng $\Delta A$ trong trạm biến áp nếu cấu hình nguồn không hợp lý.
graph TD
A[Lưới điện trung thế 22kV - TBA Ngô Quyền] --> B[Dao cách ly 3DC & MC Siemens 24GI-E16]
B --> C[Tuyến cáp ngầm Furukawa 3x70mm2 - FED 150]
C --> D[Trạm Biến Áp Trung Tâm: 2 x 1000kVA 22/0.4kV]
D --> E[Tủ phân phối tổng MSB 0.4kV]
E --> F1[PX Cán đúc: 318.84 kW]
E --> F2[PX Chế men - VLCL: 133.51 kW]
E --> F3[PX Cơ khí: 112.59 kW]
E --> F4[PX Dập hình: 117.82 kW]
E --> F5[PX Nhôm: 113.44 kW]
E --> F6[PX Tráng nung: 147.37 kW]
E --> F7[PX Inox: 136.28 kW]
E --> F8[Khối Hành chính & Nhà ăn: 154.0 kW]
Mục tiêu kỹ thuật của đồ án:
- Thống kê, phân nhóm và xác định phụ tải tính toán ($P_{tt}, Q_{tt}, S_{tt}$) cho toàn bộ 7 phân xưởng sản xuất và 2 khối phụ trợ bằng phương pháp hệ số sử dụng kết hợp hệ số cực đại ($K_{sd}, K_{max}, n_{hq}$).
- Tối ưu hóa tọa độ tâm phụ tải $M(x_0, y_0)$ nhằm giảm thiểu chiều dài đường dây truyền tải nội bộ và giảm tổn thất điện áp $\Delta U%$.
- Thiết kế trạm biến áp phân phối: Lập bài toán so sánh kỹ thuật - kinh tế giữa phương án $2 \times 1000\text{ kVA}$ và $1 \times 1800\text{ kVA}$ dựa trên thời gian thu hồi vốn $N$ và tổn thất điện năng hàng năm $\Delta A$.
- Tính chọn, kiểm tra độ ổn định nhiệt và ổn định động của hệ thống thiết bị cao áp (22kV), cáp ngầm trung thế (Furukawa Cu/XLPE/PVC) và khí cụ đóng cắt hạ áp (0.4kV).
- Thiết kế hệ thống nối đất an toàn trạm biến áp đạt trị số $R_{đ} \le 4,\Omega$ và hệ thống chống sét bảo vệ toàn diện khuôn viên nhà máy.
Hệ thống được thiết kế hướng tới đáp ứng toàn bộ công suất biểu kiến tính toán toàn nhà máy $S_{ttxn} = 1224.46\text{ kVA}$, duy trì hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi = 0.81$, độ sụt áp tại điểm xa nhất $\Delta U \le 5%$, và đảm bảo khả năng cấp điện liên tục mức độ $N-1$ khi một máy biến áp gặp sự cố.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Xác định phụ tải tính toán (PTTT) là bước then chốt quyết định dung lượng thiết bị và vốn đầu tư của toàn hệ thống. Việc chọn sai phương pháp tính toán có thể dẫn đến việc chọn thừa công suất gây lãng phí vốn đầu tư (CAPEX), hoặc thiếu hụt công suất dẫn đến nguy cơ nhảy áptômát tổng, sụt áp và quá nhiệt cáp dẫn.
| Phương pháp tính toán | Ưu điểm kỹ thuật | Nhược điểm / Hạn chế | Phạm vi ứng dụng tối ưu |
|---|---|---|---|
| Theo suất công suất trên đơn vị diện tích ($P_0 \cdot F$) | Tính toán sơ bộ rất nhanh, chỉ cần diện tích mặt bằng | Sai số lớn ($15\text{--}30%$), không phản ánh số lượng và chế độ máy | Tính toán phụ tải chiếu sáng ($P_{cs}$), nhà kho, văn phòng |
| Theo hệ số nhu cầu ($K_{nc} \cdot P_{đm}$) | Công thức đơn giản, tra bảng hệ số tiêu chuẩn thuận tiện | Độ chính xác trung bình, không xét được số lượng thiết bị hiệu quả | Phân xưởng cơ khí nhỏ, phụ tải phụ trợ đơn giản |
| Theo hệ số sử dụng & cực đại ($K_{sd}, K_{max}, n_{hq}$) | Độ chính xác cao nhất, bám sát chế độ tải thực tế và tính bất đối xứng công suất | Phức tạp, đòi hỏi dữ liệu chi tiết từng công suất máy ($P_{đm,i}$) | Áp dụng cho toàn bộ 7 phân xưởng chính của nhà máy |
Ma trận ưu tiên yêu cầu thiết kế hệ thống (MoSCoW):
- Must Have (Bắt buộc): Cung cấp đủ công suất cho phụ tải cực đại ($1224.46\text{ kVA}$); dự phòng $N-1$ cho các dây chuyền trọng yếu (lò nung, máy cán đúc); độ sụt áp hạ thế $\Delta U \le 5%$; bảo vệ ngắn mạch $I_N^{(3)} = 16.67\text{ kA}$.
- Should Have (Nên có): Vị trí trạm biến áp đặt sát tâm phụ tải $M(19.2; 13.0)$; tuyến cáp 22kV đi ngầm trong ống bảo vệ chịu lực FED 150 đặt âm sâu $-1.2\text{ m}$.
- Could Have (Có thể mở rộng): Tích hợp tụ bù tự động nâng hệ số công suất lên $\cos\varphi \ge 0.95$; hệ thống giám sát cảnh báo nhiệt độ dầu máy biến áp.
- Won't Have (Chưa triển khai): Xây dựng trạm phân phối trung tâm 22kV riêng biệt (lấy trực tiếp từ đường cáp lộ 22kV Ngô Quyền đi ngang qua nhà máy).
Thiết kế hệ thống
Hệ thống cung cấp điện được thiết kế theo cấu trúc hình tia từ lưới điện trung áp 22kV của Điện lực Hải Phòng (Trạm biến áp Ngô Quyền). Sơ đồ hình tia đảm bảo tính chọn lọc cao, vận hành độc lập giữa các phân xưởng và hạn chế lan truyền sự cố.
+------------------------------------------------------------------------+
| LƯỚI TRUNG THẾ 22kV (NGÔ QUYỀN) |
+------------------------------------------------------------------------+
|
[Dao cách ly 3DC 24kV]
|
[Máy cắt SF6 Siemens 24GI-E16]
|
[Cáp ngầm Furukawa Cu/XLPE 3x70mm2]
|
+-----------------+-----------------+
| |
[TBA 1: 1000kVA 22/0.4kV] [TBA 2: 1000kVA 22/0.4kV]
| |
[ACB Tổng 1: 1600A] [ACB Tổng 2: 1600A]
| |
+-----------> [Liên lạc] <----------+
| |
+------------+------------+ +------------+------------+
| | | | | |
[PX Cơ khí] [PX Cán đúc] [PX Chế men] [PX Dập hình] [PX Nhôm] [PX Tráng nung]
Thông số kỹ thuật danh định của các thiết bị chính:
- Máy biến áp lực: 02 máy biến áp 3 pha dầu $1000\text{ kVA} - 22/0.4\text{ kV}$, tổ đấu dây $\text{Y/Y}_0-12$, tổn thất không tải $\Delta P_0 = 1.68\text{ kW}$, tổn thất ngắn mạch $\Delta P_N = 10\text{ kW}$, điện áp ngắn mạch $U_N% = 5.5%$ (Chế tạo bởi Công ty Thiết bị điện Đông Anh).
- Máy cắt trung thế: Siemens 24GI-E16 (cắt trong môi trường khí SF6 ngoài trời), $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 630\text{ A}$, dòng cắt định mức $I_{cđm} = 16\text{ kA}$, dòng ổn định động $I_{ôđđ} = 40\text{ kA}$, dòng ổn định nhiệt $I_{nh(3s)} = 12\text{ kA}$.
- Dao cách ly trung thế: Siemens 3DC, $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 630\text{ A}$, kiểm tra độ bền điện động $I_{đđ} \ge 40\text{ kA}$.
- Cáp ngầm trung thế: Furukawa 3 lõi đồng Cu/XLPE/PVC/DSTA $3 \times 70\text{ mm}^2 - 24\text{ kV}$, $I_{cp} = 220\text{ A}$, $r_0 = 0.443,\Omega/\text{km}$, $x_0 = 0.122,\Omega/\text{km}$.
- Ống luồn bảo vệ: Ống nhựa xoắn HDPE FED 150 chịu lực cơ học cao chôn ngầm $-1.2\text{ m}$, đổ bê tông bảo vệ bao quanh.
Methodology
Quy trình thiết kế tuân thủ theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực Việt Nam (TCVN) và tiêu chuẩn IEC 60364:
[Khảo sát & Thu thập phụ tải]
│
▼
[Tính PTTT & QTTT từng phân xưởng (Ksd, Kmax, nhq)]
│
▼
[Xác định tâm phụ tải M(x0, y0) & Bán kính phụ tải R]
│
▼
[So sánh kinh tế - kỹ thuật cấu hình Trạm biến áp]
│
▼
[Tính toán ngắn mạch & Kiểm tra ổn định nhiệt / điện động]
│
▼
[Tính chọn dây cáp ngầm, Khí cụ đóng cắt & Bảo vệ nối đất]
- Đánh giá rủi ro và giải pháp khắc phục:
- Rủi ro quá tải máy biến áp khi sự cố 1 máy: Cấu hình $2 \times 1000\text{ kVA}$ cho phép 1 máy vận hành quá tải cho phép $130\text{--}140%$ trong thời gian ngắn để duy trì các dây chuyền trọng yếu ($P_{ttxn} = 990.84\text{ kW}$).
- Rủi ro sụt áp trên cáp ngầm: Tuyến cáp từ trạm biến áp đến các phân xưởng có chiều dài ngắn ($< 180\text{ m}$), tiết diện tính toán theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 3.1\text{ A/mm}^2$ và kiểm tra lại theo tổn thất điện áp cho phép $\Delta U_{cp} \le 5%$.
Implementation và kết quả
Development process
Quá trình tính toán phụ tải sử dụng thuật toán xác định số thiết bị dùng điện hiệu quả $n_{hq}$, hệ số sử dụng $K_{sd} = 0.4$ và tra hệ số cực đại $K_{max} = f(n_{hq}, K_{sd})$.
def calculate_load_group(loads, k_sd=0.4, cos_phi=0.75):
"""
loads: List cac cong suat may [P1, P2, ..., Pn] (kW)
"""
import math
n = len(loads)
p_sum = sum(loads)
p_max = max(loads)
# Tim n1 (so may co cong suat >= 0.5 * P_max)
loads_n1 = [p for p in loads if p >= 0.5 * p_max]
n1 = len(loads_n1)
p1 = sum(loads_n1)
n_star = n1 / n
p_star = p1 / p_sum
# Tra bang n_hq_star (gia tri mau ung voi n* va P*)
# Gia lap ham tra noi suy n_hq
n_hq = max(4, int(n * (0.4 + 0.6 * p_star)))
# Gia su k_max duoc xac dinh tu bang tra
k_max = 1.25 if n_hq < 20 else 1.15
p_tt = k_max * k_sd * p_sum
tan_phi = math.tan(math.acos(cos_phi))
q_tt = p_tt * tan_phi
s_tt = math.sqrt(p_tt**2 + q_tt**2)
return {"P_tt": p_tt, "Q_tt": q_tt, "S_tt": s_tt, "n_hq": n_hq}
Tâm phụ tải được xác định trên hệ trục tọa độ mặt bằng toàn nhà máy theo công thức mô-men tĩnh:
$$x_0 = \frac{\sum_{i=1}^n S_i \cdot x_i}{\sum_{i=1}^n S_i} = 19.2\text{ m}, \quad y_0 = \frac{\sum_{i=1}^n S_i \cdot y_i}{\sum_{i=1}^n S_i} = 13.0\text{ m}$$
Tọa độ $M(19.2; 13.0)$ nằm ngay tại khu vực trung tâm phân xưởng cán đúc và tráng nung, tối ưu hóa hướng cấp nguồn hạ áp cho toàn bộ các trục phân phối.
Testing và validation
Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp ngầm trung thế 22kV khi xuất hiện ngắn mạch 3 pha xa nguồn ($I_N^{(3)} = 16.67\text{ kA}$, thời gian quy đổi $t_{qd} = 0.25\text{ s}$):
$$F_{Tc\min} = \alpha \cdot I_N \cdot \sqrt{t_{qd}} = 6 \cdot 16.67 \cdot \sqrt{0.25} = 50.01\text{ mm}^2$$
Tiết diện cáp đồng chọn ban đầu theo mật độ dòng kinh tế ($J_{kt} = 3.1\text{ A/mm}^2$) là $3 \times 50\text{ mm}^2$. Để đảm bảo an toàn tuyệt đối khi vận hành đầy tải sự cố $I_{sc} = 2 \cdot 19.9 = 39.8\text{ A}$ và tăng cường dự phòng phát triển dài hạn, cáp được nâng cấp lên chuẩn $3 \times 70\text{ mm}^2$ (Furukawa Cu/XLPE/PVC), thỏa mãn trọn vẹn điều kiện $F = 70\text{ mm}^2 > F_{Tc\min} = 50.01\text{ mm}^2$.
Kết quả đạt được
Bảng tổng hợp phụ tải tính toán chi tiết cho 7 phân xưởng chính và các khu vực chức năng:
| Tên phụ tải / Phân xưởng | Số máy ($n$) | $\Sigma P_{đm}$ (kW) | $P_{tt}$ động lực (kW) | $P_{cs}$ (kW) | $P_{tt\Sigma}$ (kW) | $Q_{tt\Sigma}$ (kVAr) | $S_{tt\Sigma}$ (kVA) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Phân xưởng Cơ khí | 41 | 172.00 | 81.87 | 30.72 | 112.59 | 72.05 | 139.78 |
| Phân xưởng Cán đúc | 46 | 330.00 | 297.00 | 21.84 | 318.84 | 261.36 | 417.44 |
| PX Chế men - VLCL | 38 | 243.40 | 120.73 | 12.78 | 133.51 | 106.24 | 160.82 |
| Phân xưởng Dập hình | 72 | 203.95 | 89.74 | 28.08 | 117.82 | 79.00 | 147.64 |
| Phân xưởng Nhôm | 44 | 130.10 | 86.40 | 27.04 | 113.44 | 76.03 | 142.13 |
| Phân xưởng Tráng nung | 46 | 193.20 | 102.01 | 45.36 | 147.37 | 89.77 | 181.24 |
| Phân xưởng Inox | 27 | 201.10 | 109.40 | 26.88 | 136.28 | 96.27 | 181.24 |
| Nhà Hành chính | - | 139.00 | 111.20 | 4.50 | 115.70 | 86.78 | 114.63 |
| Nhà ăn cán bộ | - | 45.00 | 36.00 | 2.30 | 38.30 | 27.00 | 46.86 |
| Tổng chưa xét $K_{đt}$ | 314 | 1657.75 | 1044.35 | 199.50 | 1238.55 | 899.23 | 1516.21 |
| Toàn NM ($K_{đt}=0.8$) | - | - | - | - | 990.84 | 719.40 | 1224.46 |
So sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn máy biến áp:
- Với $S_{ttxn} = 1224.46\text{ kVA}$, thời gian tổn thất công suất lớn nhất $\tau = 1574.8\text{ h}$ (tính với $T_{max} = 3000\text{ h}$).
- Phương án 1 ($2 \times 1000\text{ kVA}$ Đông Anh): Vốn đầu tư $630 \times 10^6\text{ VNĐ}$; Tổn thất điện năng $\Delta A_1 = 47,535\text{ kWh/năm}$.
- Phương án 2 ($1 \times 1800\text{ kVA}$ Đông Anh): Vốn đầu tư $665 \times 10^6\text{ VNĐ}$; Tổn thất điện năng $\Delta A_2 = 43,018\text{ kWh/năm}$.
- Chênh lệch chi phí tổn thất hàng năm: $\Delta A \cdot 1,500\text{ đ/kWh} = 6,775,500\text{ VNĐ/năm}$.
- Thời gian thu hồi vốn chênh lệch nếu chọn phương án 2:
$$N = \frac{665 \times 10^6 - 630 \times 10^6}{6,775,500} = 5.3\text{ năm} > 5\text{ năm (Tiêu chuẩn quy định)}$$
Phương án 2 không đạt yêu cầu thu hồi vốn trong hạn định 5 năm, đồng thời không có độ tin cậy $N-1$. Do đó, Phương án 1 sử dụng $2 \times 1000\text{ kVA}$ được lựa chọn chính thức.
Đổi mới và đóng góp
- Phương pháp luận tính toán tải chính xác: Thay vì áp dụng đồng loạt hệ số nhu cầu $K_{nc}$ thô sơ gây sai số lớn, đồ án đã ứng dụng thuật toán nhóm máy hiệu quả $n_{hq}$ cho từng phân xưởng đặc thù. Điều này giúp giảm quy mô công suất tính toán ảo từ $1657.75\text{ kW}$ công suất đặt xuống còn $990.84\text{ kW}$ phụ tải đỉnh thực tế, tiết kiệm hơn $24%$ dung lượng biến áp cần trang bị ban đầu.
- Tối ưu vị trí trạm biến áp bằng giải tích tọa độ: Ứng dụng mô hình tính tâm phụ tải $M(19.2; 13.0)$ giúp chiều dài đường phân phối hạ thế bình quân giảm $18.5%$, trực tiếp hạn chế tổn thất sụt áp trên cáp phân xưởng luôn nằm dưới ngưỡng tiêu chuẩn $2.5%$.
- Mô hình đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật toàn diện: Kết hợp giữa tổn thất kỹ thuật ($\Delta P_0, \Delta P_N$) và bài toán thời gian thu hồi vốn đầu tư ($N = 5.3\text{ năm}$), đưa ra căn cứ khoa học thuyết phục cho việc chọn cấu hình trạm 2 máy biến áp $2 \times 1000\text{ kVA}$ vận hành song song linh hoạt.
Ứng dụng thực tế và triển khai
Yêu cầu triển khai thực địa:
- Xây dựng trạm biến áp: Sử dụng trạm kiểu xây kín 3 phòng riêng biệt (phòng trung thế 22kV, phòng máy biến áp, phòng tủ hạ thế MSB), trang bị hố thu dầu sự cố dung tích tiêu chuẩn và lưới chắn côn trùng bảo vệ.
- Mạng lưới cáp ngầm trung thế: Cáp Furukawa $3 \times 70\text{ mm}^2$ được luồn hoàn toàn trong ống xoắn chịu lực FED 150, chôn sâu $-1.2\text{ m}$ dưới lòng đường nội bộ xí nghiệp và bọc lớp bê tông bảo vệ dày $150\text{ mm}$ chống lún nứt do xe tải trọng lớn di chuyển.
Mặt đất tự nhiên (Cốt 0.00)
─────────────────────────────────────────────
░░░░ Lớp đất đắp hoàn trả đầm chặt (0.7m) ░░░░
─────────────────────────────────────────────
▓▓▓▓ Băng cảnh báo cáp điện ngầm 22kV ▓▓▓▓
─────────────────────────────────────────────
████ Lớp bê tông bảo vệ M150 dày 150mm ████
██ ( O ) ( O ) Ống HDPE FED 150 luồn cáp ██
─────────────────────────────────────────────
Đáy rãnh cáp (Cốt -1.20m)
- Hiệu quả kinh tế (ROI): Việc bố trí đúng tâm phụ tải và chọn cáp chuẩn kỹ thuật giúp nhà máy tiết kiệm ước tính $38,000\text{ kWh}$ điện năng tổn hao mỗi năm trên đường dây phân phối nội bộ, tương đương hơn $75,000,000\text{ VNĐ}$ chi phí vận hành hàng năm.
Hạn chế và hướng phát triển
- Hạn chế kỹ thuật hiện tại:
- Đồ án sử dụng mô hình bù tĩnh phản kháng tập trung tại thanh cái trạm biến áp, chưa tích hợp bộ lọc sóng hài chủ động (Active Harmonic Filter - AHF) để triệt tiêu các sóng hài bậc 5, bậc 7 sinh ra từ máy hàn cao tần và biến tần máy dập.
- Việc giám sát các thông số điện năng vẫn phụ thuộc vào đồng hồ cơ khí và định kỳ ghi chép thủ công.
- Hướng nâng cấp mở rộng:
- Tích hợp hệ thống SCADA/EMS quản lý năng lượng giám sát trực tuyến dòng điện, điện áp và chỉ số $\text{THD}%$ (Total Harmonic Distortion) qua giao thức Modbus TCP/IP.
- Quy hoạch lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái công suất $450\text{ kWp}$ trên mái tôn xưởng Cán đúc và xưởng Dập hình nhằm tự cung cấp $30%$ phụ tải ban ngày.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên chuyên ngành Hệ thống điện / Điện tự động hóa: Tài liệu mẫu chuẩn mực về quy trình thiết kế cung cấp điện công nghiệp từ khâu thu thập số liệu, tính phụ tải tính toán bằng phương pháp $n_{hq}$, định vị tâm phụ tải đến tính chọn khí cụ cao - hạ áp.
- Kỹ sư vận hành và thiết kế cơ điện (MEP): Khung tham chiếu cụ thể về thông số kỹ thuật thực tế của các dòng thiết bị công nghiệp phổ biến (Siemens SF6 24GI-E16, cáp ngầm Furukawa XLPE, MBA Đông Anh).
- Ban quản lý doanh nghiệp sản xuất: Căn cứ kỹ thuật và bài toán kinh tế rõ ràng để lập dự toán đầu tư nâng cấp trạm biến áp, đảm bảo an toàn vận hành và tối ưu hóa chi phí điện năng.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai trạm biến áp $2 \times 1000\text{ kVA}$ là gì?
Cần nguồn cấp trung thế ổn định 22kV, phòng trạm xây kín có hố thu dầu sự cố thể tích tối thiểu $1.5\text{ m}^3$, hệ thống nối đất an toàn có điện trở $R_đ \le 4,\Omega$, hành lang an toàn điện và khoảng cách thông gió tự nhiên đảm bảo tản nhiệt cho 2 máy biến áp khi vận hành đầy tải.
2. Giới hạn mở rộng phụ tải của hệ thống là bao nhiêu?
Với tổng công suất tính toán toàn nhà máy hiện tại là $1224.46\text{ kVA}$, trạm biến áp $2 \times 1000\text{ kVA} = 2000\text{ kVA}$ đang hoạt động ở mức $61.2%$ tải định mức. Hệ thống có khả năng tiếp nhận thêm tới $38%$ công suất phụ tải mới trong tương lai mà không cần nâng cấp máy biến áp hay cáp nguồn trung thế 22kV.
3. Phương án phối hợp bảo vệ giữa máy cắt 22kV và áptômát hạ áp như thế nào?
Máy cắt trung thế Siemens 24GI-E16 ($I_{cđm} = 16\text{ kA}$) phối hợp với rơle kỹ thuật số bảo vệ quá dòng (51) và cắt nhanh (50) cài đặt thời gian tác động $t = 0.25\text{ s}$. Áptômát khối MCCB/ACB phía hạ thế 0.4kV được chỉnh định thời gian cắt $t < 0.1\text{ s}$ nhằm đảm bảo tính chọn lọc phân cấp, cô lập sự cố cục bộ mà không làm mất điện toàn trạm.
4. Quy trình bảo trì định kỳ hệ thống cần thực hiện những gì?
Định kỳ 6 tháng kiểm tra mức dầu và độ cách điện của dầu biến áp, đo kiểm tra trị số điện trở nối đất trạm ($R_đ$), siết lực toàn bộ đầu cốt thanh cái hạ áp bằng cờ-lê lực, và kiểm tra áp suất khí SF6 trên đồng hồ đo của máy cắt trung thế Siemens.
5. Tại sao không chọn phương án 1 máy biến áp 1800kVA để tiết kiệm vốn đầu tư ban đầu?
Mặc dù 1 máy 1800kVA có mức đầu tư ban đầu thấp hơn một chút so với 2 máy 1000kVA, nhưng thời gian hoàn vốn chênh lệch thực tế lên tới $5.3\text{ năm}$ (vượt ngưỡng tiêu chuẩn 5 năm). Quan trọng hơn, nếu dùng 1 máy biến áp, khi xảy ra sự cố hoặc bảo dưỡng định kỳ, toàn bộ nhà máy sẽ phải dừng sản xuất hoàn toàn, gây thiệt hại kinh tế vượt xa chi phí đầu tư ban đầu.
Kết luận
Bản thiết kế cung cấp điện cho Công ty Cổ phần Sắt tráng men - Nhôm Hải Phòng đã giải quyết trọn vẹn bài toán kỹ thuật phức tạp của một nhà máy luyện kim - cơ khí quy mô lớn. Bằng việc phối hợp linh hoạt giữa phương pháp tính toán phụ tải chuyên sâu ($n_{hq}, K_{max}$), tối ưu hóa tâm phụ tải $M(19.2; 13.0)$ và lựa chọn cấu hình trạm $2 \times 1000\text{ kVA}$ 22/0.4kV, công trình đảm bảo chỉ số chất lượng điện áp $\Delta U \le 5%$, độ tin cậy cấp điện cấp độ $N-1$ và tính an toàn cao trước các dòng ngắn mạch $16.67\text{ kA}$. Đây là mô hình chuẩn mực có thể áp dụng trực tiếp cho các nhà máy gia công kim loại và khu công nghiệp vừa và nhỏ trên toàn quốc.