Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bối cảnh thực tiễn và lý do chọn đề tài

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, quá trình sản xuất công nghiệp đòi hỏi sự chuyển dịch mạnh mẽ từ lao động thủ công sang tự động hóa và cơ giới hóa với hệ thống máy móc công suất lớn. Sự phát triển này đặt ra yêu cầu liên tục về việc nâng cấp, cải tạo và thiết kế hệ thống cung cấp điện nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng phụ tải, bảo đảm chất lượng điện năng và duy trì tính liên tục cho dây chuyền sản xuất.

Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng (tiền thân là Xí nghiệp ô tô tư nhân Chiến Thắng, thành lập theo Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh số 0202000414 ngày 20/09/2001 do Sở Kế hoạch & Đầu tư thành phố Hải Phòng cấp) là đơn vị chuyên sản xuất, chế tạo và lắp ráp các dòng xe cơ khí, ô tô tải nhẹ (VC2.5-18), xe tải ben 8 tấn, xe tải thùng từ 9 đến 15 tấn cùng hệ thống phụ tùng cơ khí. Doanh nghiệp quản lý lực lượng lao động gồm 486 cán bộ công nhân viên (128 người có trình độ đại học, 96 cao đẳng, 262 trung cấp kỹ thuật) và vận hành cơ sở sản xuất chính tại Khu 2 (số 251 phường Tràng Minh, quận Kiến An, thành phố Hải Phòng) với diện tích mặt bằng phục vụ nhà xưởng, kho bãi gần 60.000 m².

Do tính chất dây chuyền sản xuất cơ khí, ép phun, dập nóng và sơn tĩnh điện hoạt động liên tục theo đơn đặt hàng, công ty được xếp vào nhóm phụ tải điện loại 1. Mọi sự cố gián đoạn nguồn điện đều gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng và ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị. Đề tài "Nghiên cứu tổng quan hệ thống cung cấp điện của công ty chế tạo và sản xuất ô tô Chiến Thắng" được thực hiện nhằm tính toán, thiết kế và lựa chọn giải pháp kỹ thuật cấp điện tối ưu, bảo đảm tính an toàn, liên tục và hiệu quả kinh tế cho toàn bộ nhà máy.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài xác định hệ thống các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu kỹ thuật bao gồm:

  1. Thu thập dữ liệu thực tế về quy mô mặt bằng, dây chuyền sản xuất và danh mục máy móc thiết bị tiêu thụ điện tại các phân xưởng của Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng.
  2. Xác định phụ tải tính toán (công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần) cho từng nhóm thiết bị, từng phân xưởng và toàn bộ nhà máy thông qua các phương pháp giải tích kỹ thuật.
  3. Xây dựng các phương án cung cấp điện cao áp/trung áp khả thi; lựa chọn số lượng, dung lượng máy biến áp và tiết diện đường cáp truyền tải điện.
  4. Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật bằng chỉ tiêu hàm chi phí tính toán để xác định phương án cấp điện tối ưu.
  5. Tính toán dòng ngắn mạch trong hệ thống và lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ cao áp đạt chuẩn an toàn.
  6. Định hướng thiết kế mạng điện hạ áp và giải pháp bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện công nghiệp, bao gồm trạm phân phối trung gian, các trạm biến áp hạ áp 22/0,4 kV, mạng cáp ngầm trung áp 22 kV, phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng sản xuất và khu phụ trợ.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ mặt bằng sản xuất Khu 2 của Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng tại số 251 phường Tràng Minh, quận Kiến An, thành phố Hải Phòng. Nguồn cấp trung áp được lấy từ trạm 110/22 kV Kiến An (nguồn chính qua lộ T2.14) và trạm 110/22 kV Đồ Sơn (nguồn lộ cáp dự phòng).
  • Phạm vi thời gian và tài liệu: Đồ án tốt nghiệp đại học ngành Điện Tự Động Công Nghiệp được hoàn thành năm 2019 tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Đoàn Phong.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Đề tài dựa trên lý thuyết thiết kế cung cấp điện công nghiệp tiêu chuẩn, áp dụng các công thức giải tích xác định thông số phụ tải điện và truyền tải năng lượng:

  • Các đại lượng công suất đặc trưng:

    • Công suất định mức ($P_{đm}$) và công suất đặt ($P_đ$): Đối với động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, công suất được quy đổi về chế độ dài hạn với hệ số tiếp điện tiêu chuẩn qua biểu thức $P'{đm} = P{đm} \cdot \sqrt{\varepsilon}$.
    • Hệ số nhu cầu ($K_{nc}$), hệ số sử dụng ($K_{sd}$), hệ số cực đại ($k_{max}$) và hệ số đồng thời ($K_{đt} = 0,85$).
    • Công suất toàn phần tính toán: $$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2} \quad (\text{kVA})$$

  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán:

    1. Phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$): Áp dụng cho các phân xưởng sản xuất chính có danh mục máy móc chi tiết. Số thiết bị hiệu quả được xác định từ tỷ số $n^* = n_1 / n$ và $p^* = P_1 / P$, kết hợp tra bảng hệ số $k_{max}$ theo $n_{hq}$ và $K_{sd}$ để tính $P_{tt} = k_{max} \cdot K_{sd} \cdot \sum P_{đm}$.
    2. Phương pháp theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích ($P_0$): Áp dụng tính toán công suất chiếu sáng ($P_{cs} = P_0 \cdot S$) với $P_0$ dao động từ $15 \div 20\text{ W/m}^2$, và tính toán phụ tải cho các khu vực phụ trợ (khu y tế, kho vật tư, kho thành phẩm, hành chính).

  • Phương pháp lựa chọn và kiểm tra khí cụ điện, dây dẫn:

    • Lựa chọn dung lượng máy biến áp theo điều kiện vận hành bình thường và điều kiện quá tải sự cố ($K_{qt} = 1,4$ trong thời gian 5 ngày đêm, không quá 6 giờ/ngày khi một máy gặp sự cố): $$\frac{S_{tt}}{1,4} \le S_{đmB}$$
    • Lựa chọn tiết diện dây cáp theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$ đối với cáp đồng, thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max} = 5000\text{ h}$): $$F_{kt} = \frac{I_{max}}{J_{kt}}$$
    • Tổn thất công suất tác dụng ($\Delta P$) và phản kháng ($\Delta Q$) trên đường dây cáp và máy biến áp: $$\Delta P = \frac{S_{tt}^2}{U_{đm}^2} \cdot R; \quad \Delta A = \Delta P \cdot \tau$$ (với $\tau = (0,124 + T_{max} \cdot 10^{-4})^2 \cdot 8760 = 3411\text{ h}$).

  • Mô hình so sánh kinh tế - kỹ thuật: Sử dụng hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm ($Z$) để lựa chọn phương án tối ưu: $$Z = (a_{vh} + a_{tc})K + Y \quad (\text{VNĐ})$$ Trong đó: $a_{vh} = 0,1$ (hệ số vận hành trạm và cáp ngầm); $a_{tc} = 0,2$ (hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư); $K$ là tổng vốn đầu tư thiết bị và đường dây; $Y$ là giá trị tổn thất điện năng hàng năm tính theo đơn giá $c = 750\text{ đ/kWh}$.

Nguồn dữ liệu

  • Bản vẽ mặt bằng tổng thể và sơ đồ công nghệ sản xuất của Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng.
  • Số liệu thống kê chi tiết về số lượng, công suất định mức, hệ số công suất ($\cos\varphi$) của trang thiết bị tại các phân xưởng: Phân xưởng 1, Phân xưởng 2, Phân xưởng 3A, Phân xưởng 3B, Phân xưởng 4, Phân xưởng 5, Phân xưởng Cơ điện, Khu hành chính, Khu y tế, Kho vật tư và Kho thành phẩm.
  • Sổ tay tra cứu thiết kế cấp điện công nghiệp và catalog kỹ thuật thiết bị của các nhà sản xuất thiết bị điện (Siemens, cáp Furukawa).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về cung cấp điện công ty TNHH ô tô Chiến Thắng

Chương này tập trung trình bày tổng quan về vai trò của năng lượng điện, yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế hệ thống điện công nghiệp (độ tin cậy, chất lượng điện áp với độ lệch cho phép $\pm 2,5%$, tính an toàn và hiệu quả kinh tế), cùng việc tính toán chi tiết phụ tải cho từng phân xưởng của nhà máy.

Dựa trên sơ đồ bố trí công nghệ và công suất máy móc, các phân xưởng được chia thành các nhóm phụ tải để tính toán:

  • Phân xưởng 1 (Lắp ráp xe tải bàn 9 - 15 tấn): Gồm 2 nhóm động lực chính (máy tiện, máy bào, máy doa, máy nóng SICA/2, trạm khí nén, máy nghiền, máy lạnh...) có tổng công suất đặt $1685,5\text{ kW}$. Sau khi tính theo $n_{hq}$, phụ tải tác dụng đạt $P_{px1} = 1116,05\text{ kW}$, $Q_{px1} = 1071,4\text{ kVAr}$, công suất toàn phần $S_{tt} = 1547\text{ kVA}$, phụ tải chiếu sáng $P_{cs} = 128,5\text{ kW}$.
  • Phân xưởng 2 (Lắp ráp xe tải ben 8 tấn): Chia làm 3 nhóm phụ tải động lực (máy tiện, máy cắt, máy nén khí, máy cán thép, máy nghiền, hệ thống trộn...) với tổng công suất đặt $2041\text{ kW}$. Kết quả tính toán: $P_{px2} = 1438,37\text{ kW}$, $Q_{px2} = 1380,8\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1993,8\text{ kVA}$, $P_{cs} = 85,5\text{ kW}$.
  • Phân xưởng 3A (Sản xuất phụ tùng xe): Gồm 3 nhóm phụ tải máy ép thủy lực HQ, máy trộn, máy hóa dẻo, nhà nghiền; tổng công suất đặt $1843\text{ kW}$. Phụ tải tính toán: $P_{px3A} = 1355,24\text{ kW}$, $Q_{px3A} = 1382,35\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1935,8\text{ kVA}$, $P_{cs} = 102\text{ kW}$.
  • Phân xưởng 3B (Sản xuất phụ tùng xe): Gồm 2 nhóm (máy trộn lớn, hệ máy ép phun từ s1 đến s15); tổng công suất đặt $1202\text{ kW}$. Phụ tải tính toán: $P_{px3B} = 816,97\text{ kW}$, $Q_{px3B} = 833,31\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1166,98\text{ kVA}$, $P_{cs} = 67,7\text{ kW}$.
  • Phân xưởng 4 (Phun sơn và dán tem mẫu mã xe): Gồm hệ thống máy trộn, máy đúc, máy khuấy, lò nong, máy nén khí; tổng công suất đặt $1124\text{ kW}$. Phụ tải tính toán: $P_{px4} = 733,74\text{ kW}$, $Q_{px4} = 660,3\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 987\text{ kVA}$, $P_{cs} = 54\text{ kW}$.
  • Phân xưởng 5 (Ép đùn ống và phụ kiện): Gồm 2 nhóm phụ tải máy ép đùn PPR, máy khoan, hệ nghiền; tổng công suất đặt $1337\text{ kW}$. Phụ tải tính toán: $P_{px5} = 982,6\text{ kW}$, $Q_{px5} = 943,29\text{ kVAr}$, $S_{tt} = 1362,09\text{ kVA}$, $P_{cs} = 68,04\text{ kW}$.
  • Các khu vực phụ trợ và hành chính: Phân xưởng cơ điện ($S_{tt} = 207,15\text{ kVA}$), Khu hành chính ($S_{tt} = 227,83\text{ kVA}$), Khu y tế ($S_{tt} = 170,1\text{ kVA}$), Kho thành phẩm ($S_{tt} = 358,75\text{ kVA}$), Kho vật tư ($S_{tt} = 543,11\text{ kVA}$).

Tổng hợp phụ tải toàn công ty với hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,85$:

  • Công suất tác dụng toàn nhà máy: $P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$.
  • Phụ tải tính toán toàn phần cực đại ước tính xấp xỉ $10.500\text{ kVA}$.
STT Tên phân xưởng / Hạng mục $P_{cs}\text{ (kW)}$ $P_{tt}\text{ (kW)}$ $S_{tt}\text{ (kVA)}$ Bán kính biểu đồ $R\text{ (mm)}$ Góc chiếu sáng $\alpha_{cs}^\circ$
1 Phân xưởng 1 128,50 1116,05 1547,00 12,80 41,4°
2 Phân xưởng 2 85,50 1438,37 1993,80 14,50 21,4°
3 Phân xưởng 3A 102,00 1355,24 1935,80 14,30 25,5°
4 Phân xưởng 3B 67,70 816,97 1166,98 11,10 29,7°
5 Phân xưởng 4 54,00 863,23 987,00 10,20 22,5°
6 Phân xưởng 5 68,04 982,60 1362,00 12,02 24,9°
7 Phân xưởng Cơ điện 42,52 167,32 207,15 4,70 91,5°
8 Khu hành chính 16,00 159,50 227,83 4,90 36,1°
9 Khu y tế 9,00 105,00 170,10 4,20 30,8°
10 Kho thành phẩm 168,00 287,00 358,75 6,17 210,7°
11 Kho vật tư 57,60 461,60 543,11 7,60 44,9°

Chương 2: Xây dựng các phương án cấp điện cho công ty TNHH ô tô Chiến Thắng

Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện loại 1, tác giả đề xuất và phân tích hai phương án kỹ thuật:

  • Phương án 1 (Hệ thống phân tán 5 trạm biến áp):

    • Đặt 1 trạm phân phối trung tâm và 5 trạm biến áp phân xưởng (B1 đến B5) sử dụng tổng cộng 10 máy biến áp 22/0,4 kV:
      • Trạm B1 cấp cho PX1: 2 máy $\times 1250\text{ kVA}$.
      • Trạm B2 cấp cho PX2: 2 máy $\times 1600\text{ kVA}$.
      • Trạm B3 cấp cho PX3B và PX4: 2 máy $\times 1600\text{ kVA}$.
      • Trạm B4 cấp cho PX5, Cơ điện, Y tế, Kho vật tư: 2 máy $\times 1800\text{ kVA}$.
      • Trạm B5 cấp cho PX3A và Khu hành chính: 2 máy $\times 2000\text{ kVA}$.
    • Tổng vốn đầu tư máy biến áp: $K_{1BA} = 4284 \times 10^6\text{ đ}$.
    • Tuyến cáp ngầm trung áp: Sử dụng cáp đồng 3 lõi 22 kV cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC của hãng Furukawa loại 2XLPE ($3 \times 35\text{ mm}^2$) nối từ trạm PPTT đến các trạm B1-B5 và cáp 2XLPE ($3 \times 95\text{ mm}^2$) từ nguồn vào trạm PPTT ($L = 350\text{ m}$).
    • Tổng vốn đầu tư cáp và đường dây: $K_{1đd} = 77,530 \times 10^6\text{ đ}$ (hoặc chi phí dự toán $53,03 \times 10^6\text{ đ}$); Tổng vốn đầu tư phương án 1: $K_1 = 4361,53 \times 10^6\text{ đ}$.
    • Tổng tổn thất điện năng: $\Delta A_{BA1} = 410.088,7\text{ kWh}$, $\Delta A_{đd1} = 38.721,6\text{ kWh} \rightarrow \Delta A_1 = 448.810,3\text{ kWh}$.
    • Hàm chi phí tính toán: $Z_1 = (0,1 + 0,2) \times 4361,53 \times 10^6 + 448.810,3 \times 750 = 1645 \times 10^6\text{ đ}$.

  • Phương án 2 (Hệ thống tập trung 2 trạm biến áp công suất lớn):

    • Đặt 1 trạm phân phối trung tâm và 2 trạm biến áp hạ áp tập trung (B1, B2) sử dụng 4 máy biến áp công suất lớn:
      • Trạm B1 (cấp điện cho PX1, PX2, PX5, Kho vật tư): 2 máy $\times 4000\text{ kVA}$ (22/0,4 kV).
      • Trạm B2 (cấp điện cho PX3A, PX3B, PX4, Cơ điện, Y tế, Kho thành phẩm, Hành chính): 2 máy $\times 4000\text{ kVA}$ (22/0,4 kV).
    • Tổng vốn đầu tư máy biến áp: $K_{2BA} = 3600 \times 10^6\text{ đ}$.
    • Tuyến cáp ngầm trung áp: Sử dụng cáp Furukawa 2XLPE ($3 \times 50\text{ mm}^2$) cho các lộ cấp đến B1, B2 ($L = 12,2\text{ m}$) và 2XLPE ($3 \times 95\text{ mm}^2$) cho lộ cấp nguồn chính ($L = 350\text{ m}$).
    • Vốn đầu tư cáp: $K_{2đd} = 54,940 \times 10^6\text{ đ}$; Tổng vốn đầu tư phương án 2: $K_2 = 3654,90 \times 10^6\text{ đ}$.
    • Tổng tổn thất điện năng: $\Delta A_{BA2} = 337.629\text{ kWh}$, $\Delta A_{đd2} = 34.846,7\text{ kWh} \rightarrow \Delta A_2 = 372.475,7\text{ kWh}$.
    • Hàm chi phí tính toán: $Z_2 = (0,1 + 0,2) \times 3654,90 \times 10^6 + 372.475,7 \times 750 = 1373 \times 10^6\text{ đ}$.
Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Đơn vị tính Phương án 1 (5 trạm BA) Phương án 2 (2 trạm BA) Chênh lệch (PA2 so với PA1)
Số lượng máy biến áp Máy 10 (công suất $1250 \div 2000\text{ kVA}$) 4 (công suất $4000\text{ kVA}$) Giảm 6 máy
Tổng vốn đầu tư ($K$) Triệu đồng 4.361,53 3.654,90 Tiết kiệm 706,63 triệu đồng
Tổn thất điện năng ($\Delta A$) kWh/năm 448.810,30 372.475,70 Giảm 76.334,60 kWh/năm
Hàm chi phí tính toán ($Z$) Triệu đồng 1.645,00 1.373,00 Tiết kiệm 272,00 triệu đồng/năm

Kết luận lựa chọn: Phương án 2 được chọn làm phương án tối ưu nhờ tối ưu hóa vốn đầu tư ban đầu, giảm tổn thất điện năng hàng năm, tinh giản số lượng trạm biến áp và thuận tiện trong công tác quản lý, vận hành và bảo dưỡng.

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

Chương này thực hiện tính toán dòng ngắn mạch trong mạng trung áp 22 kV để kiểm tra và lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho trạm phân phối trung tâm và trạm biến áp:

  • Lựa chọn sơ đồ thanh góp phân đoạn sử dụng máy cắt hợp bộ trung áp.
  • Máy cắt đầu vào trạm phân phối: Chọn máy cắt hợp bộ 8DA10 do Siemens sản xuất, sử dụng công nghệ dập hồ quang chân không và cách điện bằng khí $SF_6$.
    • Số lượng: 3 bộ.
    • Điện áp định mức: $U_{đm} = 24\text{ kV}$.
    • Dòng điện định mức: $I_{đm} = 3150\text{ A}$.
    • Dòng ổn định điện động/ngắn mạch: $I_N = 110\text{ kA}$, dòng cắt định mức: $I_{cđm} = 40\text{ kA}$.
  • Máy cắt xuất tuyến/nhánh: Chọn máy cắt trung áp 8DC11 của Siemens, cách điện $SF_6$, kết cấu không cần bảo trì phục vụ đóng cắt đầu vào các máy biến áp 4000 kVA.

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

Chương 4 hoàn thiện hệ thống cung cấp điện thông qua việc thiết kế mạng phân phối điện áp thấp 0,4 kV từ thanh cái trạm biến áp B1 và B2 đến các tủ phân phối và tủ động lực của các phân xưởng; đồng thời tính toán dung lượng tụ bù tĩnh hạ áp để nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ toàn nhà máy đạt mức tiêu chuẩn theo quy định của ngành điện lực.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Cấu trúc và sơ đồ nguyên lý hệ thống điện

Hệ thống cung cấp điện nhà máy ô tô Chiến Thắng được thiết kế theo cấu trúc mạng trung áp phân phối kết hợp trạm biến áp hạ áp 2 cấp tập trung:

  • Nguồn cấp trung áp: Nhận nguồn điện 22 kV từ trạm biến áp 110/22 kV Kiến An (lộ kép chính T2.14) và lộ cáp dự phòng từ trạm 110/22 kV Đồ Sơn. Tuyến cáp nguồn chính từ điểm đấu nối vào trạm phân phối trung tâm (PPTT) sử dụng cáp ngầm Furukawa 2XLPE ($3 \times 95\text{ mm}^2$), chiều dài $350\text{ m}$.
  • Trạm phân phối trung tâm (PPTT): Sử dụng thanh cái phân đoạn có máy cắt liên lạc. Hệ thống đóng cắt đầu vào và xuất tuyến trang bị tủ hợp bộ Siemens cách điện khí $SF_6$ (loại 8DA10 và 8DC11).
  • Mạng trạm biến áp phân xưởng:
    • Trạm biến áp B1: Trang bị 2 máy biến áp 22/0,4 kV dung lượng $4000\text{ kVA}$ làm việc song song, cung cấp điện cho PX1, PX2, PX5 và Kho vật tư qua tuyến cáp ngầm 2XLPE ($3 \times 50\text{ mm}^2$), chiều dài $12,2\text{ m}$.
    • Trạm biến áp B2: Trang bị 2 máy biến áp 22/0,4 kV dung lượng $4000\text{ kVA}$, cung cấp điện cho PX3A, PX3B, PX4, PX Cơ điện, Khu y tế, Kho thành phẩm và Khu hành chính qua tuyến cáp ngầm 2XLPE ($3 \times 50\text{ mm}^2$), chiều dài $12,2\text{ m}$.

Danh mục công nghệ và thông số thiết bị chính

Hệ thống sử dụng các thiết bị điện đồng bộ đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp:

  1. Máy biến áp lực: 4 máy biến áp ngâm dầu 3 pha 22/0,4 kV - $4000\text{ kVA}$ (thông số kỹ thuật: tổn thất không tải $P_0 = 4,7\text{ kW}$, tổn thất ngắn mạch $P_N = 29,4\text{ kW}$, điện áp ngắn mạch $U_N% = 7%$, dòng không tải $I_0% = 0,7%$, đơn giá $900 \times 10^6\text{ đ/máy}$).
  2. Cáp điện trung áp ngầm: Cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE, đai thép bảo vệ cơ học, vỏ bọc ngoài PVC do hãng Furukawa sản xuất ($U_{đm} = 22\text{ kV}$, tiết diện $50\text{ mm}^2$ và $95\text{ mm}^2$).
  3. Thiết bị đóng cắt cao thế: Máy cắt hợp bộ chân không cách điện khí $SF_6$ Siemens 8DA10 ($24\text{ kV} - 3150\text{ A} - 40\text{ kA}$) và Siemens 8DC11.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

Đồ án đã lượng hóa toàn bộ các chỉ số vận hành và kinh tế của hệ thống cung cấp điện Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng:

  • Xác định chính xác tổng phụ tải tác dụng tính toán toàn nhà máy đạt $P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$.
  • Thiết kế hoàn chỉnh giải pháp trạm biến áp với tổng công suất đặt $16.000\text{ kVA}$ (4 máy $\times 4000\text{ kVA}$ chia đều cho 2 trạm B1 và B2), đảm bảo khả năng mở rộng phụ tải trong tương lai và đáp ứng chế độ làm việc khi 1 máy biến áp gặp sự cố nhờ hệ số quá tải $K_{qt} = 1,4$.
  • Giảm tổn thất điện năng hàng năm của phương án chọn xuống còn $372.475,7\text{ kWh}$ (thấp hơn $76.334,6\text{ kWh/năm}$ so với phương án phân tán 5 trạm).
  • Tiết kiệm $706,63\text{ triệu đồng}$ chi phí đầu tư ban đầu và giảm chi phí quy đổi hàng năm $272\text{ triệu đồng/năm}$.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  1. Cung cấp bộ số liệu tính toán phụ tải chi tiết, khoa học cho 11 phân xưởng và khu vực chức năng tại nhà máy sản xuất ô tô Chiến Thắng bằng phương pháp số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$).
  2. Đưa ra mô hình so sánh định lượng giữa cấu trúc trạm biến áp phân tán (5 trạm) và cấu trúc trạm biến áp tập trung (2 trạm lớn), chứng minh tính ưu việt của giải pháp quy hoạch tập trung đối với mặt bằng nhà xưởng cơ khí ô tô quy mô lớn.
  3. Đề xuất cấu hình thiết bị hiện đại (máy cắt Siemens dập hồ quang $SF_6$, cáp Furukawa XLPE đai thép đi ngầm) giúp nâng cao độ an toàn điện và mỹ quan công nghiệp cho toàn bộ khuôn viên nhà máy.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Các thông số tính toán phụ tải động lực dựa trên danh mục thiết bị cố định tại thời điểm khảo sát năm 2019, chưa xét đến tính ngẫu nhiên của các chu kỳ mở rộng sản xuất đột biến.
  • Đơn giá vật tư, máy biến áp và biểu giá điện năng ($c = 750\text{ đ/kWh}$) sử dụng trong hàm tính toán $Z$ là mức giá tham chiếu tại thời điểm nghiên cứu năm 2019.
  • Nội dung tính toán ngắn mạch và thiết kế mạng hạ áp trong thuyết minh chưa tích hợp sâu các phần mềm mô phỏng hệ thống điện chuyên dụng (như ETAP hay AutoCAD Electrical).

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống quản lý năng lượng và giám sát điều khiển thu thập dữ liệu tự động (SCADA / EMS) cho 2 trạm biến áp B1, B2 nhằm tối ưu hóa biểu đồ phụ tải theo thời gian thực.
  • Tính toán khả năng tích hợp nguồn điện năng lượng tái tạo (hệ thống điện mặt trời áp mái trên diện tích gần 60.000 m² nhà xưởng) kết nối vào thanh cái hạ áp 0,4 kV để giảm chi phí điện năng lưới.
  • Nghiên cứu hệ thống lọc sóng hài tích cực và tự động điều khiển đóng cắt tụ bù theo hệ số công suất tức thời của các phụ tải phi tuyến (máy hàn, máy ép phun biến tần).

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành kỹ thuật: Sinh viên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Hệ Thống Điện, Kỹ Thuật Điện tại các trường đại học kỹ thuật có thể sử dụng đồ án làm tài liệu mẫu để thực hiện đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện nhà máy công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế và quản lý cơ điện (M&E): Cán bộ kỹ thuật phụ trách quản lý, bảo dưỡng lưới điện tại Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng hoặc các nhà máy sản xuất cơ khí, ô tô có quy mô tương đương.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao

  • Quy trình chuẩn các bước xác định phụ tải tính toán bằng phương pháp $n_{hq}$ cho các phân xưởng cơ khí - ép nhựa phức tạp (từ nhóm thiết bị đơn lẻ đến cấp phân xưởng và toàn nhà máy).
  • Phương pháp luận và các bước tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật bằng hàm chi phí quy đổi $Z$ để lựa chọn phương án trạm biến áp.
  • Bảng thông số tra cứu kỹ thuật chuẩn của máy biến áp 22/0,4 kV, cáp ngầm trung thế Furukawa và tủ máy cắt cao áp Siemens 8DA10 / 8DC11.

Câu hỏi thường gặp

1. Phụ tải tính toán tác dụng toàn công ty được xác định là bao nhiêu và sử dụng hệ số đồng thời nào?

Tổng phụ tải tác dụng tính toán của toàn bộ Công ty TNHH Ô tô Chiến Thắng là $P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$, được xác định bằng cách lấy tổng công suất tính toán của 11 phân xưởng và khu vực chức năng nhân với hệ số đồng thời chọn trước là $K_{đt} = 0,85$.

2. Nguồn điện cấp cho nhà máy được lấy từ đâu và độ tin cậy cấp điện thuộc cấp nào?

Nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại 1 (mọi gián đoạn cấp điện đều gây hậu quả nghiêm trọng về kinh tế và thiết bị). Nguồn điện chính được lấy từ trạm biến áp 110/22 kV Kiến An qua tuyến lộ kép T2.14, và nguồn dự phòng lấy từ trạm biến áp 110/22 kV Đồ Sơn; toàn bộ hệ thống cao áp nội bộ sử dụng tuyến cáp ngầm 22 kV.

3. Vì sao đồ án lựa chọn Phương án 2 (2 trạm biến áp 4000 kVA) thay vì Phương án 1 (5 trạm biến áp nhỏ)?

Phương án 2 được chọn vì tối ưu vượt trội trên cả hai phương diện kinh tế và vận hành:

  • Vốn đầu tư ban đầu thấp hơn: $3654,90 \times 10^6\text{ đ}$ so với $4361,53 \times 10^6\text{ đ}$ (tiết kiệm hơn $706\text{ triệu đồng}$).
  • Tổn thất điện năng hàng năm thấp hơn: $372.475,7\text{ kWh}$ so với $448.810,3\text{ kWh}$ (giảm hơn $76.300\text{ kWh/năm}$).
  • Hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm nhỏ hơn: $Z_2 = 1373 \times 10^6\text{ đ}$ so với $Z_1 = 1645 \times 10^6\text{ đ}$.
  • Giảm số lượng máy biến áp từ 10 máy xuống còn 4 máy tập trung tại 2 trạm (B1, B2), giúp tinh gọn công tác quản lý, giám sát và bảo trì vận hành.

4. Loại dây cáp cao áp và máy cắt nào đã được tính chọn cho hệ thống phân phối 22 kV?

  • Dây cáp: Cáp ngầm 3 lõi 22 kV cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC của hãng Furukawa; gồm loại 2XLPE ($3 \times 95\text{ mm}^2$) cho đoạn nguồn chính $350\text{ m}$ và loại 2XLPE ($3 \times 50\text{ mm}^2$) cho các tuyến cấp từ trạm PPTT đến các trạm B1, B2.
  • Máy cắt: Sử dụng 3 bộ máy cắt hợp bộ đầu vào Siemens 8DA10 ($U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 3150\text{ A}$, $I_N = 110\text{ kA}$, $I_{cđm} = 40\text{ kA}$, cách điện khí $SF_6$) và các máy cắt xuất tuyến Siemens 8DC11 không cần bảo trì.

5. Dây chuyền sản xuất của Công ty Ô tô Chiến Thắng gồm những phân xưởng chính nào?

Dây chuyền sản xuất của nhà máy gồm:

  • Phân xưởng 1: Lắp ráp xe tải bàn từ 9 đến 15 tấn.
  • Phân xưởng 2: Lắp ráp xe tải ben 8 tấn.
  • Phân xưởng 3 (gồm 3A và 3B): Sản xuất các sản phẩm phụ tùng xe.
  • Phân xưởng 4: Phun sơn và dán tem mẫu mã xe.
  • Phân xưởng 5: Gia công cơ khí - ép đùn.
  • Phân xưởng Cơ điện: Chế tạo, sửa chữa máy móc và khuôn mẫu phụ trợ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu tổng quan hệ thống cung cấp điện của công ty chế tạo và sản xuất ô tô Chiến Thắng" đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán kỹ thuật theo quy trình chuẩn của ngành Điện Tự Động Công Nghiệp. Tác giả đã xác định chính xác phụ tải toàn nhà máy ($P_{ct} = 6551,69\text{ kW}$), thiết kế phương án cấp điện tối ưu gồm 2 trạm biến áp tập trung B1 và B2 ($4 \times 4000\text{ kVA}$) trên nền tảng lưới trung áp 22 kV ngầm hóa và trang bị máy cắt hợp bộ $SF_6$ Siemens hiện đại. Công trình vừa giải quyết bài toán kỹ thuật cung cấp điện liên tục cho phụ tải loại 1, vừa mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt thông qua việc tiết giảm chi phí đầu tư và tổn thất điện năng hàng năm cho doanh nghiệp.