Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành công nghiệp điện năng giữ vai trò hạ tầng trọng yếu nhằm đảm bảo năng lượng cho hoạt động sản xuất và sinh hoạt. Đề tài đồ án "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy" được thực hiện bởi sinh viên Đinh Khắc Hạo Nam (Lớp Điện Công Nghiệp và Dân Dụng 2, Khóa K23, Khoa Điện - Cơ, Trường Đại học Hải Phòng) dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Thị Thanh vào năm 2024.
Về bối cảnh thực tiễn, đối tượng thiết kế là một nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương có 100% vốn đầu tư Nhà nước, thực hiện nhiệm vụ sản xuất máy công cụ phục vụ nhu cầu địa phương và các vùng lân cận. Quy mô nhà máy gồm 11 phân xưởng, chế độ làm việc 3 ca liên tục, thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max} = 4000\text{ giờ}$. Do tính chất dây chuyền sản xuất khép kín và vai trò đối với nền kinh tế quốc dân, toàn bộ nhà máy được xếp vào hộ tiêu thụ loại I (đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao nhất), trong đó các phân xưởng chính thuộc hộ loại I và các bộ phận hành chính, kho tàng thuộc hộ loại II.
Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được xác lập thông qua 6 nội dung cụ thể:
- Giới thiệu chung về quy mô, đặc điểm phụ tải và dây chuyền công nghệ của nhà máy.
- Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn bộ nhà máy.
- Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy (xác định tâm phụ tải, vị trí, số lượng, dung lượng trạm biến áp, vạch phương án đi dây).
- Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí (theo mặt bằng bố trí máy móc).
- Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ cho toàn nhà máy.
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí.
Về phạm vi và điều kiện biên:
- Nguồn cấp điện: Lấy từ hệ thống điện quốc gia thông qua trạm biến áp khu vực có điện áp định mức $U_{đm} = 22\text{ kV}$, công suất nguồn vô cùng lớn ($S = \infty$), dung lượng ngắn mạch phía hạ áp của trạm khu vực là $S_N = 300\text{ MVA}$.
- Phương thức truyền tải: Sử dụng đường dây trên không lộ kép, dây nhôm lõi thép (AC), khoảng cách cấp điện từ nguồn về nhà máy là $(5 + x)\text{ km}$ ($x$ là số thứ tự của sinh viên).
- Cấp điện áp sử dụng: Phụ tải động lực phân xưởng chủ yếu dùng cấp điện áp $0{,}4\text{ kV}$. Thiết kế có tính toán đến khả năng phát triển, mở rộng quy mô trong tương lai từ 2–3 năm và 5–10 năm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp, quy chuẩn tra cứu từ giáo trình "Thiết kế cung cấp điện" để tính toán phụ tải, lựa chọn thiết bị và cấu trúc mạng lưới:
1. Khung lý thuyết và công thức tính toán
- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu ($K_{nc}$) và công suất đặt ($P_đ$): Áp dụng tính toán sơ bộ cho các phân xưởng khi chưa có mặt bằng chi tiết: $$P_{tt} = K_{nc} \cdot P_đ$$ $$Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$$ $$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$$ Trong đó, hệ số nhu cầu trung bình ($K_{nctb}$) và hệ số công suất trung bình ($\cos\varphi_{tb}$) được xác định qua tổng công suất định mức của từng nhóm thiết bị.
- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại ($K_{max}$) và công suất trung bình ($P_{tb}$ / số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$): Áp dụng tính toán chi tiết cho mạng hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí (PXSCCK) khi đã có danh mục 50 thiết bị và mặt bằng bố trí cụ thể:
- Quy đổi công suất một pha, điện áp dây, chế độ ngắn hạn lặp lại ($K_đ%$) về công suất 3 pha làm việc dài hạn: $P_{đmqđ} = \sqrt{K_đ%} \cdot P_{đmtb}$.
- Xác định số thiết bị hiệu quả $n_{hq} = n \cdot n_{hq}^$ dựa trên tỷ lệ $n^ = \frac{n_1}{n}$ và $P^* = \frac{P_1}{P_{\Sigma}}$ (với $n_1$ là số máy có công suất $P \ge \frac{P_{max}}{2}$).
- Xác định phụ tải tính toán nhóm: $P_{tt} = K_{max} \cdot \sum P_{đmi}$ (hoặc $P_{tt} = \sum K_{ti} \cdot P_{đmi}$ khi $n_{hq} < 4$).
- Phương pháp tính toán phụ tải chiếu sáng ($P_{cs}$): Tính theo suất chiếu sáng trên đơn vị diện tích $P_{cs} = P_0 \cdot S$ ($P_0 = 15\text{ W/m}^2$ đối với đèn sợi đốt, $P_0 = 20\text{ W/m}^2$ đối với đèn huỳnh quang).
- Tổng hợp phụ tải phân xưởng và toàn nhà máy: Áp dụng hệ số đồng thời phân xưởng $K_{đt} = 0{,}8 - 0{,}85$ và hệ số đồng thời nhà máy $K_{đt} = 0{,}7$.
- Xác định tọa độ tâm phụ tải điện: Xác định điểm đặt trạm dựa trên mômen phụ tải cực tiểu: $$x_0 = \frac{\sum P_i \cdot x_i}{\sum P_i}, \quad y_0 = \frac{\sum P_i \cdot y_i}{\sum P_i}$$
- Nguyên tắc lựa chọn máy biến áp: Thỏa mãn điều kiện làm việc định mức bình thường ($S_{đmB} \ge \frac{S_{TBA}}{N_B \cdot k_{hc}}$) và điều kiện quá tải sự cố khi hỏng 1 máy biến áp ($S_{đmB} \ge \frac{S_{scTBA}}{(N_B - 1) \cdot k_{qt}}$, với hệ số quá tải sự cố $k_{qt} = 1{,}4$, công suất sự cố $S_{scTBA} = 0{,}7 \cdot S_{TBA}$).
2. Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu
- Phương pháp: Tính toán giải tích kỹ thuật điện, phương pháp nhóm hóa phụ tải, so sánh - đánh giá phương án kỹ thuật kinh tế, mô hình hóa phân bố phụ tải bằng biểu đồ hình tròn bán kính $R = \sqrt{\frac{S_{px}}{\pi \cdot m}}$ (tỷ lệ xích $m = 3\text{ kVA/mm}^2$).
- Nguồn dữ liệu: Số liệu nhiệm vụ thiết kế; bảng kê 50 thiết bị cơ khí - nhiệt luyện - mộc - quạt của Phân xưởng sửa chữa cơ khí; diện tích và công suất đặt của 11 phân xưởng; các bảng tra thông số kỹ thuật, hệ số $K_{sd}, K_{max}, K_{nc}, \cos\varphi$ từ giáo trình Thiết kế Cung cấp điện.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Giới thiệu nhà máy
Chương này mô tả tổng quan về vị trí, tính chất vận hành và dây chuyền công nghệ của nhà máy cơ khí địa phương. Toàn bộ nhà máy có 11 hạng mục công trình với tổng diện tích mặt bằng lớn. Vì là phụ tải loại I, nguồn cấp điện phải được cấp liên tục thông qua đường dây lộ kép. Bảng thống kê công suất đặt và diện tích ban đầu của các phân xưởng được xác lập làm căn cứ thiết kế:
| STT trên mặt bằng | Tên phân xưởng | Diện tích ($m^2$) | Công suất đặt ($kW$) |
|---|---|---|---|
| 1 | Ban quản lý và phòng thiết kế | 1.925 | 100 |
| 2 | Phân xưởng cơ khí số 1 | 2.875 | 1.500 |
| 3 | Phân xưởng cơ khí số 2 | 2.000 | 2.500 |
| 4 | Phân xưởng luyện kim màu | 2.400 | 2.100 |
| 5 | Phân xưởng luyện kim đen | 4.000 | 2.300 |
| 6 | Phân xưởng sửa chữa cơ khí | 2.500 | Tính toán chi tiết |
| 7 | Phân xưởng rèn | 2.100 | 1.350 |
| 8 | Phân xưởng nhiệt luyện | 3.150 | 1.500 |
| 9 | Bộ phận nén khí | 1.350 | 1.200 |
| 10 | Kho vật liệu | 2.750 | 60 |
| 11 | Kho thành phẩm | 2.500 | 170 |
Chương 2: Xác định phụ tải tính toán
Tác giả trình bày lý thuyết 4 phương pháp tính toán phụ tải và thực hiện tính toán cụ thể cho từng bộ phận:
-
Phân nhóm phụ tải Phân xưởng sửa chữa cơ khí (PXSCCK): 50 thiết bị trong xưởng được chia thành 6 nhóm phụ tải động lực dựa trên nguyên tắc gần nhau về vị trí và tương đồng về chế độ vận hành:
- Nhóm 1: Gồm 11 thiết bị (búa hơi, lò rèn, quạt lò, máy biến áp...), tổng công suất đặt $P_{\Sigma} = 90{,}7\text{ kW}$, $n_{hq} = 5{,}94$, $K_{max} = 2{,}24 \rightarrow P_{tt1} = 40{,}6\text{ kW}$, $Q_{tt1} = 54{,}05\text{ kVAr}$, $S_{tt1} = 67{,}6\text{ kVA}$, $I_{tt1} = 102{,}7\text{ A}$.
- Nhóm 2: Gồm 11 thiết bị (búa hơi, đe, máy ép ma sát, lò điện, máy mài...), tổng công suất $P_{\Sigma} = 87{,}7\text{ kW}$, $n_{hq} = 5$, $K_{max} = 2{,}42 \rightarrow P_{tt2} = 42{,}4\text{ kW}$, $Q_{tt2} = 56{,}4\text{ kVAr}$, $S_{tt2} = 70{,}6\text{ kVA}$, $I_{tt2} = 107{,}3\text{ A}$.
- Nhóm 3: Gồm 7 thiết bị (lò điện, lò ram, thiết bị tôi bánh răng...), tổng công suất $P_{\Sigma} = 115\text{ kW}$, $n_{hq} = 4$, $K_{max} = 2{,}64 \rightarrow P_{tt3} = 60{,}72\text{ kW}$, $Q_{tt3} = 80{,}96\text{ kVAr}$, $S_{tt3} = 102{,}2\text{ kVA}$, $I_{tt3} = 153{,}75\text{ A}$.
- Nhóm 4: Gồm 10 thiết bị (thiết bị cao tần $65\text{ kW}$, đo bi, máy bào, máy khoan...), tổng công suất $P_{\Sigma} = 108{,}3\text{ kW}$, $n_{hq} = 2{,}5$, $K_{max} = 2{,}64 \rightarrow P_{tt4} = 57{,}2\text{ kW}$, $Q_{tt4} = 76{,}2\text{ kVAr}$, $S_{tt4} = 95{,}3\text{ kVA}$, $I_{tt4} = 144{,}8\text{ A}$.
- Nhóm 5: Gồm 9 thiết bị (lò điện hóa cứng, cần trục, máy đo độ cứng...), tổng công suất $P_{\Sigma} = 104{,}65\text{ kW}$, $n_{hq} = 3{,}33$, $K_{max} = 2{,}64 \rightarrow P_{tt5} = 55{,}2\text{ kW}$, $Q_{tt5} = 73{,}6\text{ kVAr}$, $S_{tt5} = 92\text{ kVA}$, $I_{tt5} = 140\text{ A}$.
- Nhóm 6: Gồm 9 thiết bị (máy nén khí $45\text{ kW}$, máy cưa, máy bào, hệ thống quạt gió...), tổng công suất $P_{\Sigma} = 119{,}3\text{ kW}$, $n_{hq} = 5$, $K_{max} = 2{,}42 \rightarrow P_{tt6} = 57{,}7\text{ kW}$, $Q_{tt6} = 76{,}97\text{ kVAr}$, $S_{tt6} = 96{,}2\text{ kVA}$, $I_{tt6} = 146{,}1\text{ A}$.
- Tổng hợp PXSCCK: Công suất đặt $P_đ = 625{,}65\text{ kW}$; phụ tải chiếu sáng $P_{cs} = 15\text{ W/m}^2 \times 2500\text{ m}^2 = 37{,}5\text{ kW}$; phụ tải tính toán toàn phân xưởng ($K_{đt} = 0{,}85$): $P_{ttpx} = 266{,}7\text{ kW}$, $Q_{ttpx} = 355{,}45\text{ kVAr}$, $S_{ttpx} = 444{,}38\text{ kVA}$, $\cos\varphi = 0{,}6$.
-
Bảng tổng hợp phụ tải tính toán 11 phân xưởng của toàn nhà máy:
| Tên phân xưởng | $P_đ$ ($kW$) | $P_{đl}$ ($kW$) | $Q_{đl}$ ($kVAr$) | $P_{cs}$ ($kW$) | $Q_{cs}$ ($kVAr$) | $P_{ttpx}$ ($kW$) | $Q_{ttpx}$ ($kVAr$) | $S_{ttpx}$ ($kVA$) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BQL và phòng thiết kế | 100 | 60 | 60 | 28,875 | 0 | 108,875 | 60 | 124,3 |
| PX cơ khí số 1 | 1.500 | 450 | 598,5 | 43,125 | 0 | 493,125 | 598,5 | 775,5 |
| PX cơ khí số 2 | 2.500 | 750 | 997,5 | 30 | 0 | 780 | 997,5 | 1.266,2 |
| PX luyện kim màu | 2.100 | 1.470 | 1.102,5 | 36 | 0 | 1.506 | 1.102,5 | 1.866,4 |
| PX luyện kim đen | 2.300 | 1.610 | 1.207,5 | 80 | 49,6 | 1.690 | 1.257,1 | 2.106,3 |
| PX sửa chữa cơ khí | 625,65 | 187,7 | 249,6 | 37,5 | 0 | 266,7 | 355,45 | 444,38 |
| PX rèn | 1.350 | 810 | 1.077,3 | 31,5 | 0 | 841,5 | 1.077,3 | 1.367,0 |
| PX nhiệt luyện | 1.500 | 900 | 675 | 47,25 | 0 | 947,25 | 675 | 1.163,1 |
| Bộ phận nén khí | 1.200 | 720 | 540 | 20,25 | 0 | 740,25 | 540 | 916,28 |
| Kho vật liệu | 60 | 54 | 25,92 | 44 | 0 | 98 | 25,92 | 101,37 |
| Kho thành phẩm | 170 | 153 | 73,44 | 40 | 0 | 193 | 73,44 | 206,5 |
| Tổng cộng | 13.405,65 | 7.664,7 | 6.762,71 | 438,5 | 49,6 | 7.664,7 | 6.762,71 | 10.337,33 |
Khi tính toán cho toàn bộ nhà máy với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0{,}7$, tổng công suất toàn phần tính toán của toàn nhà máy xác định được $S_{NM} \approx 8.811{,}81\text{ kVA}$.
Chương 3: Thiết kế mạng điện cao áp
- Lựa chọn vị trí và cấu hình trạm biến áp: Áp dụng nguyên tắc đặt trạm gần tâm phụ tải, các trạm đều là loại trạm kề (chung tường với phân xưởng). Để đảm bảo an toàn cấp điện cho phụ tải loại I, mỗi trạm bố trí 2 máy biến áp do Công ty Cổ phần Thiết bị điện Đông Anh chế tạo.
- Trạm biến áp trung tâm (TBATT): Cung cấp nguồn chung cho nhà máy gồm $2 \times \text{MBA } 4.500\text{ kVA}$.
- Hệ thống 8 Trạm biến áp phân xưởng (TBAPX):
| Ký hiệu trạm | Phân xưởng phục vụ | $S_{tt}$ ($kVA$) | Số lượng MBA | Dung lượng định mức $S_{đmB}$ ($kVA$) |
|---|---|---|---|---|
| B1 | Phân xưởng rèn (PX 7) | 1.367,0 | 2 | 750 |
| B2 | Phân xưởng cơ khí số 2 (PX 3) | 1.266,2 | 2 | 750 |
| B3 | Phân xưởng cơ khí số 1 (PX 2) | 775,5 | 2 | 400 |
| B4 | Phân xưởng luyện kim đen (PX 5) | 2.106,3 | 2 | 1.250 |
| B5 | PX luyện kim màu (PX 4) & Kho thành phẩm (PX 11) | 2.072,9 | 2 | 1.250 |
| B6 | Phân xưởng nhiệt luyện (PX 8) | 1.163,1 | 2 | 630 |
| B7 | PX sửa chữa cơ khí (PX 6) & Bộ phận nén khí (PX 9) | 1.360,67 | 2 | 750 |
| B8 | Ban quản lý (PX 1) & Kho vật liệu (PX 10) | 225,67 | 2 | 160 |
- Vạch 3 phương án nối dây cao áp:
- Phương án 1: Xây dựng trạm biến áp trung gian nhận nguồn $22\text{ kV}$, hạ áp xuống $6{,}3\text{ kV}$ cấp cho các TBAPX theo sơ đồ hình tia.
- Phương án 2: Cấp điện trực tiếp từ trạm phân phối trung tâm (PPTT) ở cấp điện áp $22\text{ kV}$ về các TBAPX theo sơ đồ hình tia.
- Phương án 3: Cấp điện hỗn hợp hình tia kết hợp liên thông (trạm B2 cấp qua trạm B1; trạm B7 cấp qua trạm B6).
Chương 4: Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng SCCK
Trình bày phương án cấp nguồn hạ thế $380/220\text{ V}$ từ trạm biến áp B7 về tủ phân phối chính của PXSCCK. Thực hiện tính toán lựa chọn aptomat tổng đầu nguồn, tủ phân phối, tuyến cáp động lực từ tủ phân phối về 6 tủ động lực (tương ứng với 6 nhóm phụ tải) và dây dẫn cấp nguồn trực tiếp đến từng động cơ của 50 thiết bị trong mặt bằng xưởng.
Chương 5: Tính toán bù công suất phản kháng cho lưới điện nhà máy
Phân tích sự cần thiết của việc bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ từ mức tự nhiên ($0{,}6 - 0{,}75$) lên mức quy định ($\ge 0{,}9$). Xác định tổng dung lượng bù cần thiết, tính toán phân phối công suất bù cho từng thanh cái hạ áp của 8 trạm biến áp phân xưởng và lựa chọn bộ tụ điện tĩnh phù hợp.
Chương 6: Thiết kế mạng chiếu sáng cho mạng phân xưởng sửa chữa cơ khí
Tính toán hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí ($S = 2500\text{ m}^2$) bằng đèn sợi đốt với suất phụ tải $P_0 = 15\text{ W/m}^2$. Lựa chọn số lượng bóng đèn, công suất bóng, tính toán mạng dây dẫn từ tủ phân phối về tủ chiếu sáng, chọn aptomat tổng, aptomat nhánh và dây dẫn đến từng cụm đèn (mỗi cụm 5 bóng).
Thiết kế và triển khai
Hệ thống cung cấp điện cho nhà máy được thiết kế đồng bộ từ khâu nhận điện cao áp đến phân phối hạ áp chi tiết:
[Nguồn điện lưới 22 kV (Sn = 300 MVA)]
(Đường dây lộ kép AC 5+x km)
[Trạm biến áp trung tâm (2 x 4500 kVA) / Trạm PPTT 22 kV]
TBAPX TBAPX TBAPX TBAPX TBAPX TBAPX TBAPX TBAPX
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
(2x750) (2x750) (2x400) (2x1250) (2x1250) (2x630) (2x750) (2x160)
[Tủ Phân Phối PXSCCK]
(Aptomat tổng bảo vệ)
- Cấu trúc mạng cao thế: Nhận nguồn $22\text{ kV}$ qua đường dây trên không lộ kép dây AC. Mạng cao áp nội bộ phân phối đến 8 trạm biến áp bằng cáp ngầm/đường dây theo sơ đồ hình tia lộ kép nhằm cô lập sự cố, bảo đảm tính liên tục cho các phân xưởng dây chuyền.
- Quy chuẩn trạm hạ áp: 8 trạm biến áp sử dụng máy biến áp do Công ty Cổ phần Thiết bị điện Đông Anh chế tạo, lắp đặt dạng trạm kề vách để tiết kiệm diện tích đất xây dựng và giảm tổn thất truyền tải hạ áp.
- Mạng hạ áp và điều khiển bảo vệ: Mạng động lực PXSCCK sử dụng sơ đồ phân nhánh hình tia qua các tủ phân phối và tủ động lực chuyên dụng, bảo vệ bằng hệ thống aptomat có khả năng cắt dòng ngắn mạch và quá tải.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả kỹ thuật chính
- Xác định đầy đủ phụ tải tính toán cho 11 phân xưởng và toàn nhà máy: Tổng công suất đặt $P_đ = 13.405{,}65\text{ kW}$; tổng phụ tải tác dụng tính toán $\sum P_{ttpx} = 7.664{,}7\text{ kW}$; tổng phụ tải phản kháng tính toán $\sum Q_{ttpx} = 6.762{,}71\text{ kVAr}$; công suất tính toán toàn nhà máy đạt $S_{NM} \approx 8.811{,}81\text{ kVA}$.
- Thiết kế hoàn chỉnh cấu hình máy biến áp: 1 trạm trung tâm ($2 \times 4.500\text{ kVA}$) và 8 trạm biến áp phân xưởng với tổng số 16 máy biến áp Đông Anh (công suất từ $160\text{ kVA}$ đến $1.250\text{ kVA}$), đáp ứng 100% điều kiện quá tải sự cố khi cắt tải loại III.
- Phân nhóm chi tiết 50 thiết bị động lực và thiết kế hoàn chỉnh mạng hạ áp, mạng chiếu sáng cho Phân xưởng sửa chữa cơ khí.
2. Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất
- Đề xuất mô hình cấp điện hình tia lộ kép cho phụ tải loại I, bảo đảm không bị gián đoạn sản xuất khi xảy ra sự cố trên một phân đoạn đường dây hoặc hỏng một máy biến áp.
- Sử dụng đồng bộ máy biến áp chế tạo trong nước (Đông Anh) với các cấp công suất tiêu chuẩn ($160, 400, 630, 750, 1250\text{ kVA}$) nhằm chuẩn hóa thiết bị, thuận lợi cho việc mua sắm, thay thế và quản lý dự phòng.
- Đặt trạm biến áp kề sát phân xưởng gần tâm phụ tải để giảm sụt áp và tổn hao công suất trên lưới hạ thế $0{,}4\text{ kV}$.
3. Đóng góp về mặt học thuật và kỹ thuật
- Hệ thống hóa phương pháp tính phụ tải từ lý thuyết đến thực hành, kết hợp linh hoạt phương pháp hệ số nhu cầu $K_{nc}$ cho toàn nhà máy và phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$ cho phân xưởng chi tiết.
- Cung cấp đầy đủ các bước tính toán thiết kế một hệ thống cung cấp điện công nghiệp hoàn chỉnh từ cấp cao áp $22\text{ kV}$ qua các trạm biến áp trung gian/phân xưởng đến mạng động lực và chiếu sáng hạ áp $0{,}4\text{ kV}$.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Thiết kế dựa trên số liệu nhiệm vụ học thuật với khoảng cách đường dây chứa tham số biến đổi $(5 + x)\text{ km}$.
- Phạm vi tính toán chi tiết mạng hạ áp và hệ thống chiếu sáng mới chỉ tập trung thực hiện cho một phân xưởng điển hình là Phân xưởng sửa chữa cơ khí; các phân xưởng còn lại chỉ dừng ở mức tính toán công suất tổng hợp và chọn trạm biến áp.
- Hướng mở rộng:
- Hoàn thiện việc tính toán chi tiết so sánh kinh tế - kỹ thuật (vốn đầu tư ban đầu, chi phí tổn thất điện năng hàng năm $\Delta A$, chi phí vận hành) giữa 3 phương án đi dây cao áp để chọn ra phương án tối ưu nhất.
- Mở rộng thiết kế chi tiết mạng hạ thế, tủ động lực và chọn thiết bị bảo vệ cho 10 phân xưởng còn lại của nhà máy.
- Nghiên cứu tích hợp hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA), hệ thống quản lý năng lượng (EMS) tự động hóa trong trạm phân phối.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng sử dụng:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống điện, Điện công nghiệp và Dân dụng làm tài liệu mẫu phục vụ đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện và đồ án tốt nghiệp kỹ sư/cử nhân.
- Kỹ sư thiết kế điện công nghiệp tham khảo quy trình phân nhóm thiết bị theo $n_{hq}$, phương pháp xác định tâm phụ tải và quy trình chọn dung lượng máy biến áp theo chế độ quá tải sự cố.
- Nội dung tham khảo trọng tâm:
- Bảng tính chi tiết 50 thiết bị động lực và phương pháp xác định phụ tải tính toán theo số thiết bị hiệu quả tại Chương 2.
- Thuật toán và bảng lựa chọn công suất máy biến áp phân xưởng theo tiêu chuẩn vận hành an toàn tại Chương 3.
Câu hỏi thường gặp
1. Nhà máy trong đồ án thuộc hộ tiêu thụ điện loại nào và yêu cầu cấp điện ra sao?
Nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại I (đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao nhất, không được phép mất điện vì ảnh hưởng nghiêm trọng đến dây chuyền sản xuất). Do đó, hệ thống nhận nguồn điện từ trạm biến áp khu vực bằng đường dây trên không lộ kép, các trạm biến áp phân xưởng cấp điện cho phân xưởng chính đều được thiết kế đặt ít nhất 2 máy biến áp.
2. Phụ tải tính toán của Phân xưởng sửa chữa cơ khí (PXSCCK) được tính bằng phương pháp nào và kết quả cụ thể ra sao?
Phụ tải PXSCCK được tính toán chi tiết bằng phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$ và $K_{max}$) cho 50 thiết bị chia làm 6 nhóm động lực, kết hợp phương pháp suất chiếu sáng trên diện tích ($P_0 = 15\text{ W/m}^2$). Kết quả: Tổng công suất đặt $P_đ = 625{,}65\text{ kW}$, phụ tải tính toán tác dụng $P_{ttpx} = 266{,}7\text{ kW}$, phụ tải phản kháng $Q_{ttpx} = 355{,}45\text{ kVAr}$, công suất toàn phần $S_{ttpx} = 444{,}38\text{ kVA}$, hệ số $\cos\varphi = 0{,}6$.
3. Tổng công suất toàn phần tính toán của toàn bộ nhà máy là bao nhiêu?
Tổng công suất toàn phần tính toán của toàn bộ 11 phân xưởng trong nhà máy (có xét hệ số đồng thời nhà máy $K_{đt} = 0{,}7$) đạt xấp xỉ $S_{NM} \approx 8.811{,}81\text{ kVA}$.
4. Tại sao tác giả lựa chọn cấu hình 2 máy biến áp cho các trạm biến áp phân xưởng?
Vì các phân xưởng chính đều thuộc hộ phụ tải loại I. Khi một máy biến áp gặp sự cố, máy biến áp còn lại với hệ số quá tải sự cố cho phép $k_{qt} = 1{,}4$ (sau khi đã cắt bớt phụ tải loại III không quan trọng) vẫn đảm bảo cung cấp đủ $70%$ công suất cho các dây chuyền sản xuất chính.
5. Có bao nhiêu trạm biến áp phân xưởng được thiết kế và do hãng nào sản xuất?
Có 8 trạm biến áp phân xưởng (B1 đến B8) và 1 trạm trung tâm ($2 \times 4.500\text{ kVA}$). Tất cả các máy biến áp đều được lựa chọn sử dụng chủng loại máy do Công ty Cổ phần Thiết bị điện Đông Anh sản xuất.
Kết luận
Đồ án "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy" của sinh viên Đinh Khắc Hạo Nam đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung chuyên môn từ xác định phụ tải tính toán, thiết kế mạng cao áp $22\text{ kV}$, lựa chọn trạm biến áp đến thiết kế chi tiết mạng hạ áp và chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí. Các phương án kỹ thuật đề xuất đều bám sát tiêu chuẩn ngành, bảo đảm độ tin cậy cấp điện cho hộ loại I và tối ưu hóa vận hành thông qua các giải pháp bù công suất phản kháng. Bản thuyết minh và số liệu tính toán là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Điện.