GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY LUYỆN GANG VẠN LỢI
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA NHÀ MÁY
1.3.1 Khái niệm chung về công nghệ luyện kim
Công nghệ luyện kim, bao gồm luyện kim đen và luyện kim màu, là sự kết hợp của nhiều ngành kỹ thuật với các quy trình phức tạp Các ngành kỹ thuật liên quan bao gồm khai thác mỏ, cơ khí, điện - điện tử, công nghệ tự động hóa và công nghệ nhiệt luyện Những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đã làm thay đổi cả về lượng và chất của ngành luyện kim hiện đại so với trước đây.
Sơ đồ lưu trình công nghệ của nhà máy luyện gang Vạn Lợi, như thể hiện trong hình 1.2, cho thấy quá trình công nghệ được chia thành ba công đoạn chính.
Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu Công đoạn nạp liệu
Công đoạn luyện hoàn nguyên sắt trong lò cao
1.3.2 Phân tích quá trình công nghệ
1.3.2.1 Hệ thống băng tải và boong ke chứa nguyên liệu
Nhà máy luyện gang Vạn Lợi tiếp nhận nguyên liệu chủ yếu là quặng sắt (bao gồm quặng sống và quặng thêu kết) và than kôk từ nhà máy Kok hoá, cùng với các chất trợ dung như CaCO3 và CaF2 Các nguyên liệu này được tập trung tại bãi nguyên liệu và vận chuyển qua hệ thống băng tải đến các phễu chứa Tại đây, các van, sang rung và băng tải vận chuyển sẽ cung cấp quặng vào hệ thống cân phối liệu để chuyển vào xe nạp liệu cho lò cao Quặng tạp, do khối lượng nhỏ hơn so với quặng sắt và than kôk, được cân từ hệ thống phễu chứa Tất cả nguyên liệu được phối trộn theo tỷ lệ nhất định, đảm bảo chất lượng gang luyện ra như gang trắng hoặc gang xám với sai số không vượt quá 5%.
Bên cạnh việc sử dụng nguyên liệu quặng sống, một phần lớn (trên 80% sản lượng) là quặng cám than được đưa qua bộ phận thiêu kết và nung ở nhiệt độ cao để liên kết lại thành tảng khối Nhiệt độ này đủ để quặng vụn dính kết mà không bị nóng chảy Sau đó, tảng quặng này sẽ được xử lý qua hệ thống búa đập và sàng rung để lựa chọn các mẫu quặng phù hợp cho việc luyện trong lò cao, trước khi được đưa vào hệ thống phễu chứa để nạp vào xe liệu.
Hệ thống điều khiển quá trình nạp liệu vào lò cao thực hiện nhiệm vụ chọn tỷ lệ giữa các thành phần nguyên nhiên liệu và vận chuyển chúng từ các phễu chứa Quá trình nung luyện hoàn nguyên quặng được điều chỉnh thông qua các tín hiệu từ các bộ phận khác nhau, bao gồm cảm biến trọng lượng của hệ thống phễu cân, tín hiệu nhiệt độ trong lò, và mức nguyên nhiên liệu trong lò Ngoài ra, các tín hiệu đóng mở của chuông lớn và chuông nhỏ, cùng với tín hiệu công tắc hành trình, cũng được sử dụng để đảm bảo quá trình nạp liệu diễn ra theo các công thức luyện kim đã được thiết lập.
Bộ phận chính của hệ thống bao gồm phễu cân và xe nạp liệu, trong đó xe nạp liệu có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu vào lò, còn phễu cân đảm bảo độ chính xác trong việc đổ nguyên liệu Động cơ truyền động cho xe liệu là động cơ không đồng bộ ba pha với khả năng điều chỉnh tốc độ qua điện trở và hãm tái sinh Hệ thống phễu cân xác định tỷ lệ khối lượng giữa các nguyên liệu và tổng khối lượng mẻ liệu Xe liệu di chuyển lên đỉnh lò nhờ hai thanh ray sắt nghiêng 45 độ, hoạt động ở chế độ động cơ khi lên và chế độ hãm tái sinh khi xuống.
Bộ phận lò cao trong lò luyện kim có cấu trúc đặc thù với chiều cao trung bình 45m và dung tích 230 m³ Nhiên liệu chính là than kok với kích thước phù hợp, được nạp vào lò qua xe lò Quá trình công nghệ bao gồm việc phối hợp các thiết bị như xe nạp liệu, van phễu chứa và chuông để đảm bảo nguyên liệu được sấy khô ở nhiệt độ khoảng 700 – 800 °C trước khi vào vùng nung và hoàn nguyên Hệ thống quạt gió áp lực với ba động cơ 3000 kW thổi từ dưới lên, giúp tạo áp lực gió để hỗn hợp nguyên liệu (quặng, than kok và trợ dung) lơ lửng và cháy, tạo ra giọt lỏng gang và xỉ Gang, nặng hơn xỉ, sẽ rơi xuống đáy lò trong khi xỉ nổi lên trên, và lò cao có hai lỗ ra cho gang và xỉ Gang sau khi ra lò sẽ được vận chuyển đến trạm đúc để tiến hành các quá trình đúc chi tiết, trong khi xỉ được đưa đến bãi xỉ.
SƠ ĐỒ MẶT BẰNG NHÀ MÁY VÀ BẢNG THỐNG KÊ PHỤ TẢI
1.4.1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy
Nhà máy luyện gang Vạn Lợi có diện tích 200.120m², hiện đang được mở rộng với nhiều khu vực dự kiến xây dựng Nhà máy được chia thành 5 khu vực chính, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Khu vực nhà hành chính rộng 160m² nằm ngay cổng vào chính, bên cạnh là bãi than cốc và quặng có diện tích 800m² Phía bên trái cổng phụ là khu vực lò cao với diện tích 800m², và sau lò cao là khu vực đúc rộng 240m² Cuối cùng, khu vực thêu kết có diện tích lớn nhất là 9600m² Sơ đồ mặt bằng nhà máy được thể hiện trong hình 1.3.
Thống kê phụ tải của nhà máy
Nhà máy có một diện tích khá lớn, các phụ tải đƣợc thống kê trong bảng 1.1 nhƣ sau:
Bảng 1.1 Bảng thống kê phụ tải và công suất đặt
STT Tên thiết bị Số lƣợng
2 Hút bụi thêu kết đầu máy 2 1600
6 Động cơ trạm phối liệu 22 0,75
7 Động cơ quạt gió nguội băng 6 90
8 Động cơ băng tải thêu kết 13 7,5
9 Động cơ băng tải thêu kết 20 3,5
10 Động cơ băng tải thêu kết 17 1,5
11 Động cơ bơm tuần hoàn 2 5,5
12 Động cơ bơm tuần hoàn 2 75
13 Động cơ bơm tuần hoàn 2 30
2 Động cơ thuỷ lực lò gió nóng 2 11
3 Động cơ thuỷ lực trước lò 2 15
4 Động cơ thuỷ lực trước máng 2 11
5 Động cơ thuỷ lực trước lò 2 11
7 Động cơ trạm bơm nước tuần hoàn
12 Động cơ lọc bụi túi vải 30 1,5
13 Động cơ cầu trục xối xỉ 1 15
14 Động cơ cầu trục xối xỉ 1 7,5
15 Động cơ cầu trục xối xỉ 2 3
16 Động cơ trạm bơm tuần hoàn 4 160
Khu vực nhà hành chính
Bảng 1.2 Bảng phân bố diện tích toàn nhà máy
STT Tên phân xưởng Diện tích( m 2 )
6 Bải than quặng , than cốc
Trong tương lai, nhà máy dự kiến sẽ mở rộng quy mô sản xuất và lắp đặt thêm thiết bị điện hiện đại, do đó, thiết kế cung cấp điện cần phải đáp ứng sự gia tăng của phụ tải Cần có phương án cung cấp điện hợp lý, tránh tình trạng dư thừa hoặc không khai thác hết công suất dự trữ để tránh lãng phí Việc lựa chọn thiết bị điện phải đảm bảo cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật.
1:12.5 Hinh3.1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY LUYỆN GANG VẠN LỢI
GIỚI THIỆU PHỤ TẢI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY
2.1.1 Các đặc điểm của phụ tải điện
Phụ tải điện trong nhà máy luyện gang Vạn Lợi đƣợc chia ra làm hai loại phụ tải:
Phụ tải động lực Phụ tải chiếu sáng
Phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng thường hoạt động liên tục với điện áp yêu cầu là 380/220 V và tần số công nghiệp 50Hz Để đảm bảo hiệu suất và ổn định, cần đáp ứng các yêu cầu về cung cấp điện phù hợp.
Các yêu cầu cung cấp điện trong nhà máy cần dựa vào tầm quan trọng và phạm vi của thiết bị, từ đó xác định phương thức cung cấp cho từng thiết bị và các phân xưởng Phụ tải chủ yếu của nhà máy là các động cơ có công suất từ trung bình đến lớn Quá trình luyện gang đòi hỏi tiêu chuẩn cao về chất lượng và thẩm mỹ, vì vậy việc ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến lãng phí kinh tế và sức lao động, mặc dù không gây nguy hiểm cho con người Do đó, nhà máy được coi là hộ tiêu thụ loại một, yêu cầu cung cấp điện phải được đảm bảo liên tục.
Các phương pháp xác định phụ tải tính toán cho nhà máy
Dựa trên các thông số phụ tải thu thập từ nhà máy luyện gang Vạn Lợi, chúng tôi đã xây dựng một phương án cung cấp điện nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của nhà máy Phương án này không chỉ đảm bảo hiệu quả cung cấp điện mà còn tối ưu hóa hoạt động của nhà máy.
1 Đảm bảo chất lƣợng điện, tức là đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép
2 Đảm bảo độ tin cậy , tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của phụ tải
3 Thuận tiện trong vận hành lắp ráp sửa chữa
4 Có chỉ tiêu kinh tế hợp lí
2.2.2 Khái niệm về phụ tải tính toán( Phụ tải điện)
Phụ tải tính toán, hay còn gọi là phụ tải điện, là một khái niệm quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị cung cấp điện (CCĐ) cho hệ thống Đây không phải là tổng công suất của các thiết bị điện, mà là một phụ tải giả thiết cần thiết để đảm bảo rằng phụ tải thực tế không gây ra hiện tượng phát nóng ở các thiết bị như dây dẫn, máy biến áp và thiết bị đóng cắt trong dài hạn Trong ngắn hạn, phụ tải tính toán cũng cần đảm bảo không ảnh hưởng đến các thiết bị bảo vệ Do đó, phụ tải tính toán được chia thành hai loại chính: phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng và phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ an toàn của hệ thống điện.
Phụ tải tính toán trong điều kiện phát nóng được xác định là phụ tải giả định ổn định trong thời gian dài, tương ứng với phụ tải thực tế với biên thiên tối ưu về hiệu quả nhiệt.
Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất, thường được gọi là phụ tải đỉnh nhọn hay phụ tải cực đại ngắn hạn, xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây Mặc dù chúng chưa gây ra phát nổ cho các thiết bị, nhưng có thể dẫn đến tổn thất, nhảy bảo vệ hoặc đứt cầu chì Thực tế cho thấy, phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi khởi động động cơ hoặc đóng cắt các thiết bị điện cơ khác Việc xác định chính xác phụ tải tính toán là một thách thức, nhưng có thể áp dụng các phương pháp gần đúng trong tính toán Người thiết kế cần dựa vào thông tin thu thập được trong các giai đoạn thiết kế để chọn phương pháp thiết kế phù hợp, càng nhiều thông tin thì việc lựa chọn phương pháp càng chính xác.
2.2.3 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán ưu nhược điểm của các phương pháp
2.2.3.1 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích ( F ) sản xuất
Phương pháp này thường được áp dụng khi chúng ta biết diện tích F (m²) của khu chế xuất và loại hình công nghiệp (nặng hay nhẹ) của khu vực đó Mục tiêu chính là dự báo phụ tải nhằm chuẩn bị nguồn điện, bao gồm nhà máy điện, đường dây trên không và trạm biến áp.
Từ các thông tin trên ta xác định đƣợc phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị sản xuất
Stt = s0 hay Ptt = p0 F ( 2.1 ) Trong đó : s0 [ KVA / m 2 ] : Suất phụ tải trên một đơn vị sản xuất p 0 [KW / m 2 ] : Suất phụ tải trên một đơn vị sản là 1m 2
Diện tích F [m²] là khu vực có bố trí các thiết bị sử dụng điện Để xác định p0 (s0), chúng ta áp dụng các công thức kinh nghiệm Đối với ngành công nghiệp nhẹ như dệt may, giày dép và bánh kẹo, giá trị s0 thường dao động từ 100 đến 200 KVA/m² Trong khi đó, đối với ngành công nghiệp nặng như cơ khí, hóa chất, dầu khí, luyện kim và xi măng, giá trị s0 sẽ nằm trong khoảng 300 đến 400 KVA/m².
Phương pháp này mang lại kết quả gần đúng và phù hợp cho các phân xưởng có mật độ máy móc phân bố đồng đều, chẳng hạn như phân xưởng dệt, sản xuất vòng bi và gia công cơ khí Nó thường được sử dụng để tính toán phụ tải chiếu sáng trong các môi trường sản xuất này.
2.2.3.2 Xác định phụ tải tính toántheo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm
Để xác định phụ tải tính toán cho khu chế xuất, cần biết sản lượng trong một khoảng thời gian nhất định Từ đó, ta có thể tính toán dựa trên suất tiêu hao điện năng trên mỗi đơn vị sản phẩm và tổng sản lượng.
Mca : Số lƣợng sản phẩm sản xuất ra trong 1 ca
Tca : Thời gian của ca phụ tải lớn nhất, [ h ]
W 0 : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ; KW/ h trên một đơn vị sản phẩm
Khi biết W0 và tổng sản phẩm trong cả năm M của phân xưởng hay xí nghiệp , phụ tải tính toán sẽ là:
Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất tính bằng giờ [h] Suất tiêu hao điện năng của từng loại sản phẩm được cung cấp trong các tài liệu cẩm nang tra cứu.
T max là khoảng thời gian mà hệ thống cung cấp điện có khả năng truyền tải công suất lớn nhất, tương ứng với lượng điện năng thực tế được truyền tải trong một năm.
Ta có thể xác định đƣợc Tmax theo bảng sau:
Bảng 2.1 Bảng xác định thời gian Tmax
Các xí nghiệp Nhỏ hơn 3000 h Trong khoảng từ
Cos : là hệ số công suất hữu công của toàn khu chế xuất (tra sổ tay cùng với Tmax )
Phương pháp này chỉ áp dụng cho các hột tiêu thụ có phụ tải không đổi, với phụ tải được tính bằng phụ tải trung bình hoặc hệ số đóng điện bằng 1, trong khi hệ số phụ tải có thể thay đổi một chút.
Chú ý : Hai phương pháp trên chỉ áp cho dự án trong giai đoạn khả thi
2.2.3.3 Xác định phụ tải tính toán theo công suất dặt và hệ số nhu cầu ( k nc )
Thông tin mà ta biết được là diện tích nhà xưởng F ( m 2 ) và công suất đặt (
Pd ) của các phân xưởng và phòng ban của nhà máy Mục đích là:
Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng Chọn biến áp cho phân xưởng
Chọn dây dẫn về phân xưởng Chọn cácthiếtbị đóng cắt cho phân xưởng
Phụ tải tính toán của nhà máy được xác định dựa trên công suất đặt và hệ số nhu cầu k nc, theo công thức trong sách thiết kế cung cấp điện của Ngô Hồng Quảng và Vũ Văn Tẩm (trang 254 – PL I.3).
Từ đó ta xác định được phụ tải tính toán của phan xưởng
Vì phân xưởng dùng đèn sợi đốt nên phụ tải phản kháng chiếu sang Q cs
= P cs tg = 0 ( cos Nếu dùng đèn sợi đốt hoặc quạt thì ta có
(cos 0,8), nếu dung hai quạt (cos = 0,8), và một đến sợi đốt thì (cos 1) thì ta lấy chung cos =0,9
Nếu hệ số cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức:
K nc : Là hệ số nhu cầu
P d : Là công suất đặt N: Là số động cơ
P0 ( W/m 2 ): Suất phụ tải chiếu sang
Qdl ;Pdl : Là các phụ tải động lực của phân xưởng
Q cs ;P cs : Là các phụ chiếu sáng của phân xưởng
Từ đó ta có: S ttpx = (2.13) Vậy phụ tải tính toán của toàn nhà máy là
S ttXN = (2.16) cos (2.17) kdt - Là hệ số đồng thời ( 0.85 1 ) n – Là số phân xưởng, phòng ban
Phương án này rất tiện lợi và dễ áp dụng, nên được sử dụng rộng rãi trong tính toán Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là độ chính xác không cao, do việc tra cứu trong bảng số liệu không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số lượng thiết bị, dẫn đến kết quả kém chính xác Phương pháp này thường được áp dụng trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng.
2.2.3.4 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại
Chúng ta đã thu thập được thông tin chi tiết và bắt đầu phân nhóm các thiết bị máy móc, mỗi nhóm gồm 8 máy Tiếp theo, chúng ta xác định phụ tải tính toán cho một nhóm n máy dựa trên công suất trung bình và hệ số cực đại theo công thức đã được quy định.
Ptt = kmax Ptb = knax knc
N : Là số máy trong một nhóm
Ptb: Công suất trung bình của một nhóm phụ tải trong ca máy có phụ tải lớn nhất( P tb =k sd )
Pdm ( kw ): Là công suất định ức của máy do nhà chế tạo cho
Udm :điện áp định mức của lưới ( Udm = 380 V )
Ksd là hệ số sử dụng công suất hữu công của nhóm thiết bị, trong khi k max là hệ số cực đại công suất hữu công, được xác định dựa trên ksd và số lượng thiết bị điện dung hiệu quả Nhq đại diện cho số thiết bị sử dụng điện hiệu quả, bao gồm các thiết bị có cùng công suất định mức và chế độ làm việc giống nhau, tạo nên phụ tải tính toán tương ứng với phụ tải tiêu thụ thực tế của n thiết bị.
Phương pháp xác định nhq theo bảng hoặc đường cong cho trước Trình tự thực hiện nhƣ sau:
THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO NHÀ MÁY LUYỆN GANG VẠN LỢI……………………………………… 47 3.1.ĐẶT VẤN ĐỀ
PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG
3.2.1.Các phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng
3.2.1.1.Phương án sử dụng sơ đồ dẫn sâu
22kV hoặ ạm biế ạm biế ạm biế
3.2.1.2.Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian
22kV hoặ ạm biến áp trung gia
6.3 ạm biến áp khu vực ạm biế ạm biế ạm biế 2 máy biế
Chọn máy biến áp tiêu chuẩn S đmBATG 1600 kVA ế
S S tt qt hc ttsc đmBATG 17131 5
Vậy trạm biến áp trung gian sẽ đặt 2 máy biến áp loại T 20000/35 do Liên
3.2.1.3 hông qua trạm phân phố
3.2.2.Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian, trạm phân phối trung tâm của nhà máy
Vị trí tốt nhất để đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm chính là tâm phụ tải điện của nhà máy
Theo tính toán ở chương II ta đã xác định được tâm phụ tải điện của nhà máy là điểm M(4.494 ; 11.424)
3.2.3.Lựa chọn các phương án nối dây mạng cao áp ạm biế ạm biế ạm phân phố
3.2.4.Tính toán kinh tế - kỹ thuật lựa chọn phương án tối ưu
Từ những phân tích trên có thể đưa ra 3 phương án thiết kế mạng cao áp cho nhà máy nhƣ sau:
Các trạm biến áp B3 ; B4 ; B5 ; B6 lấy điện trực tiếp từ TPPTT
Chọn cáp từ trạm PPTT tới B3
Chọn cáp đồng , tra bảng 2.10 [trang 31- TL1]
Chọn cáp đồng 3 lõi , cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng
FURUKAWA chế tạo có F = 70 ; I cp = 245 mm 2 > I max = 94.82 A
Kiểm tra điều kiện phát nóng sự cố:
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng
Chọn cáp từ trạm PPTT tới B4
Chọn cáp đồng , tra bảng 2.10 [trang 31- TL1]
Chọn cáp đồng 3 lõi , cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng FURUKAWA chế tạo có F = 95 ; I cp = 290mm 2 > I max
Kiểm tra điều kiện phát nóng sự cố:
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng
Chọn cáp từ trạm PPTT tới B5
Chọn cáp đồng , tra bảng 2.10 [trang 31- TL1]
Chọn cáp đồng 3 lõi , cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng FURUKAWA chế tạo có F = 25 ; Icp 0mm 2 > Imax
Kiểm tra điều kiện phát nóng sự cố:
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng
Chọn cáp từ trạm PPTT tới B6
Chọn cáp đồng , tra bảng 2.10 [trang 31- TL1]
Chọn cáp đồng 3 lõi , cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng
FURUKAWA chế tạo có F = 50 ; Icp 0 mm 2 > Imax
Kiểm tra điều kiện phát nóng sự cố:
Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng
Xác định tổn thất công suất tác dụng
Tổn thất công suất trên đoạn PPTT- B 3
Tổn thất công suất trên đoạn PPTT- B4
Tổn thất công suất trên đoạn PPTT- B5
Tổn thất công suất trên đoạn PPTT- B6
Bảng 3.2 Bảng lựa chọn cáp cho phương án 1 Đường cáp
F, mm 2 L, m Đơn giá Tiền ( đồng) K1 , đồng
Bảng 3.2 Bảng tính toán cho phương án 1 Đường cáp
Lấy avh = 0.1 ; atc = 0.2 Áp dụng công thức(2.24) [ TL1]
Các trạm biến áp ở xa trạm trung tâm thỉ lấy nguồn từ các trạm gần TPPTT
Tính toán tương như phương án 1 ta có kết quả được tổng hợp trong bảng sau:
Bảng 3.3 Bảng lựa chọn cáp cho phương án 2 Đường cáp F, mm 2 L, m Đơn giá Tiền ( đồng)
K1 = 32790405 đ Bảng 3.4 Bảng tính toán cho phương án 2 Đường cáp F,mm 2 L, m r0, , m R, Ω S, kVA (Kw
Lấy a vh = 0.1 ; a tc = 0.2 Áp dụng công thức(2.24) [ TL1]
Các trạm B 6 ; B3; B4 lấy nguồn từ B5
Tính toán tương tự như phương pháp một ta có bảng lựa chọn cáp và tính toán tổn thất công suất P nhƣ sau
Bảng 3.5 Bảng lựa chọn cáp cho phương án 3 Đường cáp F, mm 2 L, m Đơn giá Tiền ( đồng)
Bảng 3.6 Bảng tính toán cho phương án 3 Đường cáp F,mm 2 L, m r0, , m R, Ω S, kVA (Kw)
Lấy avh = 0.1 ; atc = 0.2 Áp dụng công thức(2.24) [ TL1]
Bảng 3.8 – Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án
Phương án Vốn đầu tư
Tổn thất điện năng kWh
THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO PHƯƠNG ÁN ĐÃ CHỌN
3.3.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp khu vực của hệ thống điện về trạm biến áp trung gian Đường dây cung cấp từ trạm biến áp khu vực về trạm biến áp trung gian của nhà máy dài 50m sử dụng đường dây cáp ngầm đồng lộ kép
Trong mạng cao áp với T max lớn, việc chọn dây dẫn cần dựa trên mật độ dòng điện kinh tế j kt Đối với dây dẫn AC, thời gian sử dụng công suất lớn nhất h là yếu tố quan trọng cần được xem xét.
T max 5000 ta tìm đƣợc j kt 3 1 A / mm 2 ( tra bảng 2.10 trang 31 sách “hiết kế cấp điện” của Ngô Hồng Quang- Vũ Văn Thẩm)
Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:
Chọn cáp đồng 3 lõi , 18 – 36 Kv cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng FURUKAWA chế tạo có F = 120 ; I cp 25 mm 2 > I max
Kiểm tra khi sự cố đứt 1 dây:
Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện sự cố
Do khoảng cách từ trạm biến áp khu vực về trạm biến áp trung gian của nhà máy là ngắn do vậy không cần tính tổn thất điện áp
Vậy chọn cáp PVC( 3 120) – 35Kv
Chọn cáp từ trạm biến áp trung gian về trạm PPTT
Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:
Tiết diện kinh tế: max 254 53 2
Chọn3 cáp đồng 1 lõi tiết diện 300mm 2 , 6 - 10 Kv cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng ALCATEL chế tạo, mối dây cáp có I cp là 672
Kiểm tra khi sự cố đứt 1 dây:
Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện sự cố
Do khoảng cách từ trạm biến áp khu vực về trạm biến áp trung gian của nhà máy là ngắn do vậy không cần tính tổn thất điện áp
Vậy chọn cáp 3PVC( 1 300) – 6,3Kv
Chọn cáp từ TPPTT về trạm 6kv lò cao + cơ điện
Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:
Tiết diện kinh tế: max 2
Chọn cáp đồng 1 lõi có tiết diện 300mm², điện áp 6 - 10 kV, được cách điện bằng XLPE và bọc đai thép vỏ PVC do hãng ALCATEL sản xuất, với dòng điện ngắn mạch Icp là 672 A Kiểm tra tình huống khi xảy ra sự cố đứt 1 dây cáp.
Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện sự cố
Chọn cáp từ TPPTT về trạm 6kv thêu kết +đúc
Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:
Tiết diện kinh tế: max 2
Chọn 2cáp đồng 1 lõi tiết diện 300mm 2 , 6 - 10 Kv cách điện XLPE, đai thép vỏ PVC do hãng ALCATEL chế tạo, mối dây cáp có I cp là 672
Kiểm tra khi sự cố đứt 1 dây:
Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện sự cố
3.3.2.Lựa chọn sơ đồ trạm PPTT và máy cắt
Nhà máy luyện gang Vạn Lợi sử dụng sơ đồ hệ thống thanh góp phân đoạn cho trạm PPTT, do tính chất quan trọng của hộ tiêu thụ Mỗi tuyến dây vào ra thanh góp và liên kết giữa các phân đoạn đều được trang bị máy cắt hợp bộ Để bảo vệ chống sét từ bên ngoài, trạm lắp đặt chống sét van trên mỗi phân đoạn thanh góp Ngoài ra, mỗi phân đoạn còn có máy biến áp đo lường báp ha năm trụ với cuộn tam giác hở, báo trạm đất một pha trên cáp 35 kV.
Nhà máy nhận điện từ hai máy biến áp B1 và B2 thông qua máy cắt hợp bộ 6 kV ở đầu mỗi dây cáp Do đó, cần sử dụng tổng cộng 6 máy cắt 6 kV để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Chọn tủ hợp bộ SIEMENS với máy cắt loại 8 DA10, sử dụng cách điện bằng khí SF6 và không cần bảo trì Hệ thống thanh góp trong tủ có dòng định mức 2500A, được lắp đặt tại đầu vào của các ứng dụng như thêu kết, cơ điện, lò cao, hành chính và bãi.
Bảng 3.4 Thông số máy căt đặt tại TPPTT
Loại MC U dm ,kV I dm , A I cắt N,3s ,kA I cắt Nmax , kA Ghi chú
8DA10 12 2500 40 110 Không cần bảo trì
8DA11 12 1250 25 63 Không cần bảo trì
3.3.3.1 Mục đích tính toán ngắn mạch
Mục đích tính ngắn mạch là để chọn và kiểm tra các thiết bị đóng cắt, bảo vệ
Lựa chọn và lắp đặt thanh cái trong trạm biến áp
Trong quá trình tính toán để chọn thiết bị điện, có thể áp dụng các phương pháp gần đúng do yêu cầu độ chính xác không quá cao Đầu tiên, điện kháng của hệ thống có thể được xác định thông qua công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn, vì cấu trúc của hệ thống không được biết rõ Khi lập sơ đồ tính toán, cần bỏ qua các phần tử mà dòng ngắn mạch không đi qua, như máy cắt, dao cách ly, và aptomat, vì chúng không ảnh hưởng đáng kể đến kết quả Đối với mạng cao áp, điện trở tác dụng thường không được tính đến do điện kháng lớn hơn nhiều so với điện trở Tuy nhiên, trong mạng hạ áp, điện trở tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị dòng ngắn mạch, do đó cần phải tính toán chính xác để tránh sai số lớn và chọn thiết bị không đúng Khi tính toán ngắn mạch cho mạng hạ áp, có thể coi gần đúng trạm biến áp như một nguồn.
3.3.3.2.Chọn điểm ngắn mạch và tính các thông số sơ đồ
Để chọn khí cụ điện cho cấp 35kV, cần tính điểm ngắn mạch N1 tại thanh cái của trạm biến áp trung gian 35/10kV nhằm kiểm tra máy cắt và thanh góp, sử dụng S N S cat của máy cắt đầu nguồn Đối với cấp 6.3kV, cần thực hiện tính toán điểm ngắn mạch ở phía hạ áp của trạm biến áp trung gian.
N2 tại thanh cái 6.3kV của trạm để kiểm tra máy cắt, thanh góp o Phía cao áp trạm biến áp khu vực, cần tính cho điểm ngắn mạch
N3 để chọn và kiểm tra cáp, tủ cao áp các trạm
Cần tính điểm N4 trên thanh cái 0.4kV để kiểm tra tủ hạ áp tổng của trạm
3.3.2.2.2 Tính toán các thông số sơ đồ
Tính điện kháng hệ thống:
Trong đó S N là công suất ngắn mạch của máy cắt đầu đường dây trên không (ĐDK) S N S cat 3 U đm I đm
Loại dây PVC ( 3 120 ) có r 0 0 153 / km , x 0 0 118 / km , m l 50 Vậy:
Máy biến áp trung gian (BATG):
Máy biến áp trung gian có :
Tính RB và XB quy đổi về phía 6,3 kv:
Cáp từ trạm biến áp trung gian đến B 3 có các thông số sau: km x km r 0 0 342 / , 0 0 12 / , l 59 425 m
Các đường cáp khác tính tương tự, kết quả ghi trong bảng sau:
Bảng 3.9 Kết quả tính thông số đường dây không và đường dây cáp Đường cáp F mm 2 l m r0 Ω/k m x0 Ω/km
Trạm biến áp từng khu vực
Trạm B 3 : loại máy 1x1100kVA có
Tính Tính R B và X B quy đổi về phía 0.4kV:
Các máy biến áp khác tính toán tương tự ta có kết quả trong bảng sau:
Bảng 3.10 Kết quả tính thông số máy biến áp các trạm biến áp phân xưởng
Thông số các phần tử phía 35kV quy đổi về phía 10kV: kA I i kA I
Tính I N 3 cho tuyến cáp TBATG – B1: kA I i kA I
Tính tương tự cho các tuyến cáp còn lại ta có bảng sau: Điểm ngắn mạch
3.3.3 Lựa chọn thiết bị điện và kiểm tra các thiết bị điện
3.3.3.1.Trạm biến áp trung gian
3.3.3.1.1 Lựa chọn và kiểm tra máy cắt của trạm biến áp trung gian Điều kiện chọn và kiểm tra: Điện áp định mức, kV : U đmMC U đm mang
Dòng điện lâu dài định mức, A : I đm MC I cb
Dòng điện cắt định mức, kA : I đm cat I N
Dòng ổn định động, kA : i ôdd i xk
Dòng ổn định nhiệt, kA : đm nh qđ ôdnhiet t
Chọn máy cắt đường cáp ngầm35kV:
Chọn máy tủ máy cắt 8DA10 ,36 Kv do SIMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
Kiểm tra: Điện áp định mức, kV : U đmMC 36 kV U đm mang 35 kV
Dòng điện lâu dài định mức, A :
I đm đm cb đm MC 397 68
Dòng điện cắt định mức, kA : I đm cat 40 kA I N 1 29 3 kA
Dòng ổn định động, kA : i ôdd 110 kA i xk 1 35 18 kA
Máy cắt có dòng định mức I đm 1000 A nên không cần kiểm tra dòng ổn định nhiệt
Chọn máy cắt hợp bộ cấp 6.3kV:
Các máy cắt nối vào thanh cái 6.3kV chọn cùng loại máy cắt SF 6 do SIEMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
Kiểm tra: Điện áp định mức, kV : U đmMC 12 kV U đm mang 6 3 kV
Dòng điện lâu dài định mức, A :
Dòng điện cắt định mức, kA : I đm cat 40 kA I N 2 13 8 kA
Dòng ổn định động, kA : i ôdd 110 kA i xk 2 35 18 kA
Máy cắt có dòng điện định mức I đm 1000 A nên k phải kiểm tra dòng điện ổn định nhiệt
3.3.3.1.3 Chọn và kiểm tra BU
Máy biến điện áp, được ký hiệu là BU hay TU, là thiết bị đo lường có chức năng biến đổi điện áp từ mức cao (thường là 1000 V) xuống mức thấp hơn, thường là 100 V.
100 cấp điện cho đo lường, tín hiệu và bảo vệ
Trên mỗ phân đoạn của thanh góp ta sử dụng một mát biến điện áp BU
BU đƣợc chọn theo điều kiện sau: Điện áp
Sơ đồ đấu dây, kiểu máy
Chọn và kiểm tra BU phía 6.3kV:
Chọn BU loại 4MS32, kiểu hình trụ do SIEMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ , kV 28
U chịu đựng xung 1 2 / 50 s, kV 75 kV
Chọn và kiểm tra BU phía 35kV:
Chọn BU loại 4MS36, kiểu hình trụ do SIEMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ , kV 70
U chịu đựng xung 1 2 / 50 s, kV 170 kV
3.3.3.1.4 Chọn và kiểm tra BI
Máy biến dòng điện, được ký hiệu là BI hoặc TI, là thiết bị đo lường dùng để chuyển đổi dòng điện từ các trị số lớn xuống 5A, 10A hoặc 1A, phục vụ cho mục đích đo lường, tín hiệu và bảo vệ.
BI đƣợc chọn theo điều kiện sau: Điện áp định mức : U đmBI U đm mang
Sơ đồ đấu dây, kiểu máy
Dòng điện định mức : I đmBI I cb
Chọn BI cho đường dây trên không từ hệ thống về:
Chọn BI loại 4MA76 do SIEMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ , kV 70
I 2 đm , 5 kA i odd nhiet 1 s , 80 kA i odd đông , 120
Chọn BI cho tổng sau máy biến áp trung gian phía đầu ra thanh cái
Chọn BI loại 4MA72 do SIEMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ , kV 28
I 2 đm , 5 kA i odd nhiet 1 s , 80 kA i odd đông , 120
Chọn BI cho các mạng cáp:
Khi xảy ra sự cố, máy biến áp có thể gặp tình trạng quá tải lên đến 30% Để đảm bảo an toàn, BI cần được lựa chọn dựa trên dòng cƣỡng bức qua máy biến áp có công suất lớn nhất trong mạng lưới.
Chọn BI loại 4MA72 do SIEMENS chế tạo có các thông số nhƣ sau:
U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ , kV 28
I 2 đm , 5 kA i odd nhiet 1 s , 80 kA i odd đông , 120
Chống sét van là thiết bị thiết yếu giúp ngăn chặn sét từ đường dây trên không xâm nhập vào trạm biến áp Ở điện áp định mức, điện trở của chống sét van rất lớn, ngăn cản dòng điện đi qua Tuy nhiên, khi có sét, điện trở giảm xuống thấp, cho phép chống sét van dẫn dòng điện sét an toàn xuống đất.
Chọn chống sét van cho cấp điện áp 35kV: chọn chống sét van do hãng COOPER (Mỹ) chế tạo loại AZLP501B30, loại giá đỡ ngang
Chọn chống sét van cho cấp điện áp 10kV: chọn chống sét van do hãng COOPER (Mỹ) chế tạo loại AZLP501B10, loại giá đỡ ngang
3.3.3.1.6 Chọn và kiểm tra thanh dẫn, thanh góp
Chọn loại bằng đồng cứng
Chọn thanh dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép: cb cp I
Thanh dẫn đặt nằm ngang : k 1 0 95 k 2: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
' 0 2 cp k cp cp 70 C - nhiệt độ cho phép lớn nhất khi làm việc bình thường
0 25 - nhiệt độ trung bình môi trường
0 - nhiệt độ cực đại môi trường
Chọn I cb theo điều kiện quá tải của máy biến áp:
I S đm đmB cp đm đmB cb
Chọn thanh dẫn bằng đồng tiết diện 50 x 5, có dòng I cp 2225 A
Kiểm tra điều kiện ổn định động: tt cp
Lực tính toán do tác dụng của dòng điện ngắn mạch: kG a i
Trong đó: cm l 100 - khoảng cách giữa các sứ cm a 50 - khoảng cách giữa các pha i xk - dòng điện ngắn mạch xung kích 3 pha, A
Ta có: kG F kA i tt xk
3210. Ứng suất tính toán khi thanh dẫn đặt nằm:
Thanh dẫn có b 0 3 cm ; h 2 5 cm
M tt Ứng suất cho phép của thanh đồng : cp 1400 kG / cm 2
Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: t qđ
6- hệ số phụ thuộc vào vật liệu kA
I 2 14 t qđ - thời gian tác động quy đổi của dòng ngắn mạch theo tính toán
Vì nguồn có công suất vô cùng lớn nên:
Với : t cat t BV t MC s t BV 0 02 và máy cắt là loại tác động nhanh thì s ms t MC 40 60 0 04 0 06 nên ta chọn t MC 0 04 s
Vậy thanh cái đã chọn là hợp lí
3.3.3.1.7 Chọn và kiểm tra cáp 6.3kV
Chúng tôi đã chọn cáp theo tiêu chuẩn kỹ thuật và kiểm tra điều kiện phát nóng Các thông số của cáp đã được ghi trong bảng, do đó, chúng tôi chỉ cần kiểm tra lại cáp theo điều kiện F.I.N.t quy định.
6 - hệ số phụ thuộc vào vật liệu
Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N trên thanh góp cao áp của trạm biến áp phân xưởng cần được xác định Thời gian tác động quy đổi của dòng ngắn mạch theo tính toán là t qđ.
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện, cần kiểm tra dòng ngắn mạch lớn nhất của tuyến cáp Tuyến cáp từ trạm biến áp trung gian đến B1 có dòng ngắn mạch lớn nhất là kA.
Vậy mạng cáp đã chọn đạt tiêu chuẩn ổn định nhiệt.