BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN HUYÊN NGHIÊN CỨU ĐỂ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG Ở CÁC MỎ CÔNG TY THAN HẠ LONG - TKV LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN HUYÊN NGHIÊN CỨU ĐỂ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG Ở CÁC MỎ CÔNG TY THAN HẠ LONG - TKV Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ NHƯ Ý HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, nội dung trình bày luận văn thân tơi thực Nội dung luận văn hồn tồn phù hợp với tên đề tài đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Các số liệu, kết tính tốn luận văn trung thực Hà Nội, ngày 20 tháng10 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Huyên MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Chương 1: ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Ở CÁC MỎ HẦM LỊ CƠNG TY THAN HẠ LONG 1.1 Giới thiệu chung Công ty than Hạ Long 1.2 Hệ thống cung cấp điện mỏ 1.3 Trạm biến áp 35/6 kV mỏ 1.4 Mạng điện 6kV mỏ 12 1.5 Đặc điểm cung cấp điện mỏ hầm lò 15 1.6 Nhận xét 16 Chương 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG Ở CÁC MỎ HẦM LỊ CƠNG TY THAN HẠ LONG 18 2.1 Đánh giá tình trạng kỹ thuật mạng điện cao áp mỏ hầm lị vùng Cơng ty than Hạ Long 18 2.1.1.Công suất tiêu thụ mỏ xác định theo phương pháp biểu đồ phụ tải 18 2.1.2 Cơng suất trạm biến áp mỏ xác định theo phương pháp công suất đặt hệ số yêu cầu: 24 2.1.3 Đánh giá trạng sử dụng trang thiết bị điện 26 2.1.4 Nhận xét 27 2.2 Đánh giá tình trạng kỹ thuật mạng điện hạ áp mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long 28 2.2.1.Đặc điểm tổ chức hệ thông cung cấp điện mỏ 28 2.2.2 Đánh giá thực trạng vận hành mạng hạ áp mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long 34 Chương 3: NGHIÊN CỨU ĐỂ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NĂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐIỆN NÂNG Ở CÁC MỎ CÔNG TY THAN HẠ LONG - TKV 51 3.1 Tổ chức vận hành hợp lý máy biến áp trạm biến áp 35/6kV 52 3.2 Các biện pháp nhằm nâng cao ổn định hệ số công suất 53 3.2.1 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất cos 53 3.2.2 Lựa chọn công suất động máy biến áp 54 3.2.3 Giảm điện áp pha cho động cần thiết 55 3.2.4 Hạn chế động chạy không tải 56 3.2.5 Bù công suất phản kháng 56 3.3 Ứng dụng thiết bị điểu khiển phù hợp thực tế sản xuất mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long 61 3.3.1 Ứng dụng thiết bị điều khiển cho hệ truyền động quạt gió, bơm nước 61 3.3.2 Ứng dụng thiết bị điều khiển cho hệ truyền động tời trục, băng tải 69 3.4 Sử dụng thiết bị chiếu sáng hợp lý 72 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cao áp mỏ Hà Ráng Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cao áp mỏ Cẩm Thành Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cao áp mỏ Khe tam 10 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cao áp mỏ Tân Lập 11 Hình 1.5: Mơ hình cung cấp điện khu vực khai thác 16 Hình 2.1 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình mỏ Hà Ráng 20 Hình 2.2 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình mỏ Cẩm Thành 21 Hình 2.3 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình mỏ Khe Tam 22 Hình 2.4.Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện hạ áp mỏ Hà Ráng 35 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện mỏ Cẩm Thành 37 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện mỏ Khe Tam 39 Hình 3.1: Sơ đồ mạch điểu khiển động biến tần 62 Hình 3.2: Đặc tính ĐCKĐB ba pha điều khiển biến tần mômen cản không thay đổi theo tốc độ 63 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc biến tần trung gian 65 Hình 3.4: Sơ đồ điều khiển biến tần trung gian 65 Hình 3.5: Sơ đồ khối điêu khiển cho động bơm nước kV 67 nối tầng van 67 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đặc tính kĩ thuật máy biến áp mỏ Hà Ráng, Cẩm Thành, Khe Tam 12 Bảng 1.2 Phụ tải điện kV mỏ Hà Ráng 14 Bảng 1.3 Phụ tải điện kV mỏ Cẩm Thành 14 Bảng 1.4 Phụ tải điện kV mỏ Khe Tam 14 Bảng 1.5: Các phụ tải điện kVcủa Mỏ Tân Lập: 14 Bảng 2.1 Năng lượng tiêu thụ trung bình ngày cơng suất tiêu thụ mỏ năm gần 19 Bảng 2.2 Các thông số đặc trưng biểu đồ phụ tải 23 Bảng 2.3 Cơng suất tính tốn mỏ 25 Bảng 2.4 Cơng suất tính tốn trạm biến áp 26 Bảng 2.5: Năng lực sử dụng trang thiết bị điện mỏ 27 Bảng 2.6 Đặc điểm tình trạng làm việc hệ thống điện hạ áp mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long 30 Bảng 2.7: Số lượng chủng loại biến áp khu vực 31 Bảng 2.8: Số lượng chủng loại máy cắt 31 Bảng 2.9: Số lượng chủng loại khởi động từ 32 Bảng 2.10: Số lượng chủng loại máng cào 32 Bảng 2.11: Số lượng chủng loại biến áp khoan chiếu sáng 32 Bảng 2.12: Số lượng chủng loại trục tời 33 Bảng 2.13: Số lượng chủng loại role rò 33 Bảng 2.14: Số lượng chủng loại quạt cục 33 Bảng 2.15 Kết tính tốn cáp theo điều kiện dịng nung nóng 43 Bảng 2.16 Kết tính tốn cáp mềm theo điều kiện dịng nung nóng 44 Bảng 2.17: Kết tính toán tổn thất điện áp máy biến áp khu vực cấp cho công trường khai thác lựa chọn 47 Bảng 2.18 Kết tính tốn tổn hao điện áp từ trạm biến áp khu vực đến cực phụ tải công trường lựa chọn khảo sát 47 Bảng 2.19 Kết kiểm tra tổn thất điện máy biến áp mạng cáp công trường khai thác lựa chọn 50 Bảng 3.1: Các sơ đồ đấu tụ điện tĩnh 57 Bảng 3.2: Sự thay đổi hiệu suất hệ số công suất động tải thay đổi 71 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật số nguồn sáng 72 MỞ ĐẦU T nh cấp thi t đề tài: Với mỏ than hầm lò khả khai thác phát triển xuống sâu, diện khai thác ngày mở rộng, suất chiều dài lò chợ phát triển, dẫn đến hậu tổn hao điện áp đường dây truyền tải tăng, ảnh hưởng trực tiếp đến điều kiện làm việc bình thường điều kiện khởi động động cơ, làm giảm suất máy tuổi thọ động cơ, động bị q tải Khi chi phí điện máy biến áp đường dây tăng cao, ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành sản phẩm Để khắc phục hậu quả, nâng cao sản lượng khai thác đáp ứng nhu cầu tổng sơ đồ phát triển ngành than, mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long cần phải tiến hành đổi mới, áp dụng giới hóa tự động hóa công nghệ khai thác Trong giá thành sản phẩm, tỷ trọng chi phí điện tương đối cao, việc nghiên cứu đề xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài phụ tải điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long Phạm vi nghiên cứu đề tài tình hình tiêu thụ lượng lưới điện cao áp, hạ áp khu mỏ hầm lò Công ty than Hạ Long Mục đ ch đề tài Đánh giá tổng quan tình trạng sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long Phân tích lựa chọn số giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long Nhiệm vụ đề tài Để thực mục đích trên, đề tài cần giải nhiệm vụ sau: - Đánh giá tình trạng tiêu thụ điện trạng trang thiết bị điện mạng điện cao áp mỏ than hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Đánh giá tình trạng tiêu thụ điện trạng trang thiết bị điện mạng điện hạ áp mỏ than hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Lựa chọn giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện Nội dung đề tài - Đánh giá tổng quan hệ thống cung cấp điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Nghiên cứu tình hình sử dụng điên mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Nghiên cứu đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long Phương pháp nghiên cứu Để giải nhiệm vụ đề tài, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau: + Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu + Xác định thông số phục vụ cho mục đích nghiên cứu cở số liệu thu thập mỏ, kết hợp với thông số kinh nghiệm nước có cơng nghiêp khai thác mỏ phát triển Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nâng cao hiệu sử dụng điện nhằm giảm chi phí sử dụng điện chủ trương lớn Đảng Chính Phủ Trong giá thành khai thác than chi phí điện chiếm tỷ trọng đáng kể việc 71 Số liệu dẫn bảng 3.3 có hiệu tải động Pt ≤ 70%Pđm 50% thời gian chu kỳ làm việc động chu kỳ làm việc với hệ số cơng suất trung bình cosφtb ≤ 0,7 Với động có Pt ≤ 30%Pđm thiết bị biến đổi không cho hiệu tiết kiệm điện Bảng 3.2: Sự thay đổi hiệu suất hệ số công suất động tải thay đổi Loại động Công Hệ sô công suất cosφ suất định mức, A52-4 A61-4 A62-4 A71-4 A72-4 A81-4 A82-4 A91-4 A92-4 (kW) 7,0 10 14 20 28 40 55 75 100 Hiệu suất η, % Tải so với công suất định mức kt 0,25 0,50 0,75 1,0 0,25 0,50 0,75 1,0 0,78 0,50 0,61 0,60 0,60 0,57 0,68 0,67 0,67 0,86 0,77 0,78 0,79 0,81 0,79 0,81 0,83 0,80 0,88 0,85 0,86 0,86 0,87 0,87 0,86 0,88 0,88 0,86 0,88 0,88 0,88 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89 59,5 80,5 83,5 85,0 81,0 74,5 77,5 85,5 88,0 74,5 86,5 87,5 90,0 87,0 79,5 86,5 91,0 89,5 63,5 87,5 88,5 90,0 89,0 90,5 90,0 92,0 92,0 87,0 87,5 88,5 89,0 90,0 90,5 91,0 91,0 92,0 Để minh họa lấy ví dụ: động A81- có pđm = 40 kW, cosφđm= 0,89; đm = 90,5% làm việc non tải với kt = 0,5 Lượng giảm tổn thất công suất tác dụng tiết kiệm động cung cấp thông qua biến tần ∆P = Pt [ dm - t+ kkt (tgφt -tgφđm)] = 20[0,905 - 0,795 + 0,12(0,776 - 0,512)] = 2,934 (kW) đó: kkt = 0,12kW/kVAr - đương lượng kinh tế hệ thống điện tính đến chỗ đấu động Giả thiết động làm việc với thời gian T = 5.000 h/năm lượng điện tiết kiệm được: ∆W = ∆P.T = 2,934 X 5000 = 14.670 (kW.h/năm) 72 Với đơn giá điện C0 = 2000 đồng/kW.h lượng tiền tiết kiệm hàng năm: ∆C = C0 ∆W = 2000 X 14.670 = 17,6.106, đ Đơn giá tủ biến tần 40kW-400 loại VLT5072DANFOSS có giá trung bình k0 = 100 USD/kW tương đương k0 = 2,1.106 đồng/kW Như giá mua thiết bị (chi phí đầu tư): K = 40.2,1.106 = 84.106,d Thời gian thu hồi vốn: T K 84.106  C 17, 6.106 = 4,7 năm Việc đầu tư có hiệu Ngồi ưu điểm tiết kiệm điện năng, thiết bị DANFOSS thiết bị khởi động êm động điện theo phương pháp “điện leo” giảm tổn thất cơng suất khởi động động giảm dao động điện áp mạng điện 3.4 Sử dụng thi t bị chi u sáng hợp lý Hiện việc thực chiếu sáng mỏ chủ yếu sử dụng nguồn sáng bóng đèn sợi đốt để sử dụng chiếu sáng hợp lý sử dụng giải pháp thay bóng sợi đốt bóng huỳnh quang Theo tài liệu chiếu sáng, thông số kỹ thuật số loại nguồn sáng khác cho bảng 3.9 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật số nguồn sáng Hiệu suất phát quang Loại đèn (lm/W) Chỉ số mầu (IRC) Tuổi thọ (h) Sợi đốt 10  20 100 1000 Compact  105 65  92 10000 73 Theo bảng trên, nhận thấy hiệu suất chiếu sáng bóng đèn sợi đốt thấp 25 lần so với bóng huỳnh quang 510 lần so với bóng đèn phóng điện (đèn Natri), tuổi thọ đèn nhỏ từ tới 10 lần Tuy giá thành đầu tư ban đầu bóng đèn sợi đốt nhỏ dùng bóng đèn huỳnh quang bù đắp nhanh chóng số tiền tiết kiệm thơng qua ví dụ sau: Giả sử cần nguồn sáng phát lượng quang thơng: 1390 (lm) sử dụng bóng sợi đốt cần bóng có cơng suất 100 (W), cần sử dụng bóng huỳnh quang 32 (W) Như ngày chiếu sáng 8h năm tiết kiệm được: (100-32).8.365=187 (kW) Với giá điện: 2000đ/kW năm tiết kiệm số tiền: 187.2000=224.400đ Đầu tư ban đầu với bóng sợi đốt: 5.000đ Một bóng huỳnh quang: 36.000đ Như cần sau ba tháng thu hồi vốn, chưa kể đến tuổi thọ bóng đèn huỳnh quang lớn bóng đèn sợi đốt Nhận xét: - Các xí nghiệp mỏ thuộc Cơng ty than Hạ Long có biểu đồ phụ tải không phẳng, việc tổ chức sản xuất chưa hợp lý, tổ chức vận hành máy biến áp việc vận hành hợp lý số lượng máy biến áp trạm biến áp mang lại hiệu tích cực - Việc ứng dụng tiến kỹ thuật khởi động mềm, biến tần áp dụng cho số khâu mỏ than Hạ Long chứng minh tính hiệu - Tiết kiệm điện chiếu sáng việc sử dụng bóng đèn tiết kiệm điện mặt mỏ, khối văn phòng cho hiệu lớn 74 KẾT LUẬN Nghiên cứu đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long, làm giảm giá thành than khai thác, cải thiện điều kiện làm việc nâng cao mức sống cho người laó động Để giải mục tiêu nêu, đề tài tập trung giải nội dung sau: - Đánh giá tổng quan hệ thống cung cấp điện mỏ hầm lò Cơng ty than Hạ Long - Nghiên cứu tình hình sử dụng điên mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Nghiên cứu đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long Từ kết khảo sát nghiên cứu, rút kết luận kiến nghị sau: Phụ tải mỏ than năm gần khơng có biến động lớn, biểu đồ phụ tải mỏ chưa thật phẳng lớn cao điểm Với cấp điện áp mạng hạ áp mỏ sử dụng 660V đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật Sử dụng lực trang thiết bị thực tế mỏ đạt 26,5% theo cơng thức kinh nghiệm nước ngồi, cịn tính tốn vói điều kiện Việt Nam chừng đạt 29,34% Như phần lớn lực trang thiết bị chưa sử dụng, lượng lớn vốn đầu tư bị lãng phí Khi sử dụng triệt để lực trang thiết bị điện để phục vụ cho sản xuất có tính đến điều kiện mỏ Việt Nam cơng suất máy biến áp trang bị trạm biến áp vãn đảm bảo yêu cầu 75 Giá trị giới hạn công suất tải để định cho máy biến áp trạm biến áp vận hành, nhằm tiết kiệm điện tiến hành theo công thức: S gh  Sdm 2P0' t PN'  Với giá trị Sgh tính tốn tình trạng sử dụng công suất trạm tại, mỏ cho vận hành máy biến áp hợp lý Để nâng cao chất lượng cung cấp điện, đơn vị lắp tụ bù công suất phản kháng Tất tụ bù lắp trạm biến áp 35/6 kV trạm biến áp 6/0,69-0,4 kV theo phương pháp bù tập trung phương pháp bù nhóm, chưa có tụ lắp cực phụ tải phần mạng điện cao áp hạ áp mỏ hầm lò bị tổn hao công suất phản kháng Đề nghị tiếp tục nghiên cứu chế tạo tụ bù hệ thống tự động điều chỉnh cơng suất bù có chức phịng nổ, phịng tia lửa để bù cực phụ tải, nâng cao triệt để chất lượng điện Ứng dụng tiến kỹ thuật công nghệ bán dẫn vào hệ truyền động giảm đáng kể chi phí điện xí nghiệp Để giảm điện dùng cho chiếu sáng cần sử dụng loại bóng đèn tiết kiệm điện có hiệu suất phát quang cao 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Bá Đề (2003), Giáo trình Trạm Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 2.Hoàng Hữu Hiên, Nguyễn Đức Lượng, Bạch Quang Minh, Nguyễn Đỗ Thiện, Nguyễn Đức Trung, ổ tay c diện mỏ (Tập 1), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội- 1977 Nguyễn Anh Nghĩa, Trần Bá Đề (1997), Giáo trình Điện khí hóa mỏ, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa (1997), An tồn điện mỏ, Giáo trình dùng cho cao học ngành mạng hệ thống điện mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa, Nguyễn Hanh Tiến (2005), Tổ chức cung cấp điện mỏ, Giáo trình dùng cho cao học ngành mạng hệ thống điện mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa (2007), Tổ chức cung cấp điện mỏ, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Đức Trung (1970), Kỹ thuật điện mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội П Л CBETЛИЧHЫЙ (1971), CПPABOЧHИК ЭHEPΓETИКA УΓOЛЫHOЙ ШAXTЫ, ИЗДATEЛЬCTBO "HEДPA”, MOCKBA ... cung cấp điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Nghiên cứu tình hình sử dụng điên mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long - Nghiên cứu đề xuất số giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lị... Cơng ty than Hạ Long Mục đ ch đề tài Đánh giá tổng quan tình trạng sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than Hạ Long Phân tích lựa chọn số giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lị Cơng ty than. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN HUYÊN NGHIÊN CỨU ĐỂ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG Ở CÁC MỎ CÔNG TY THAN HẠ LONG - TKV Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202