Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường

Thiết kế môn học Hệ thống cung cấp điện Tên đề tài thiết kế : Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đường Sinh viên thiết kế : Lê Huy Nam ;Khoa, lớp : HTĐ1 , Khóa: 47 Cán bộ hướng dẫn : Thầy Đặng Quốc Thống Nhiệm Vụ Thiết Kế 1.Mở đầu: 1.1: giới thiệu chung về nhà máy :vị trí địa lí, kinh tế ,đặc điểm công nghệ; đặc điểm và phân bố của phụ tải ; phân loại phụ tải điện... 1.2: Nội dung tính toán ,thiết kế , các tài liệu tham khảo,... 2. Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy. 3. Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy : 3.1. Lựa chọn cấp điện áp truyền tải từ hệ thống điện về nhà máy 3.2 .Lựa chọn số lượng ,dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm. 3.3 . Lựa chọn số lượng ,dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 3.4 . Lập và lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho nhà máy . 3.5 . Thiết kế chi tiết HTCCĐ theo sơ đồ đã lựa chọn. 4. Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng Sửa chữa cơ khí. 5 . Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao cos( cho nhà máy. 6. Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng Sửa chữa cơ khí. các bản vẽ trên khổ giấy A0 : 1.Sơ đồ nguyên lý HTCCĐ toàn nhà máy (mạng điện cao áp ). 2. Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng Sửa chữa cơ khí. các số liệu về nguồn điện và nhà máy : Điện áp :tự chọn theo công suất của nhà máy và khoảng cách từ nhà máy đến TBA khu vực (hệ thống điện ). Công suất của nguồn điện vô vùng lớn . Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của TBA khu vực:250 MVA Đường dây nối từ TBA khu vực về nhà máy dùng loại dây AC hoặc cáp XPLE . Khoảng cách từ TBA khu vực đến nhà máy :10 km. Nhà máy làm việc 3 ca. Mục lục Lời mở đầu ……………………………………………………………………… Chương I: Giới thiệu chung về nhà máy Chương II: Xác định phụ tải tính toán các phân xưởng và toàn nhà máy Chương III: Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy Chương IV: Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng Sửa chữa cơ khí Chương V : Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao cos( cho nhà máy. ChươngVI: Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng Sửa chữa cơ khí. Chương I : Giới thiệu chung về nhà máy I. Vị trí địa lý và vai trò kinh tế : Nhà máy Đường nằm trên địa bàn tỉnh Phú Thọ . Nhà máy có quy mô khá lớn với 9 phân xưởng sản xuất và nhà làm việc với một nhà máy nhiệt điện . Nhà máy có nhiệm vụ sản xuất và cung cấp một khối lượng đường lớn cho nhu cầu trong nước và cho xuất khẩu . Hiện tại nhà máy làm việc 3 ca với thời gian làmviệc tối đa Tmax = 5500h và công nghệ khá hiện đại. Tương lai nhà máy sẽ mở rộng lắp đặt các máy móc thiết bị hiện đại hơn. Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế cấp điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai về mặt kỹ thuật và kinh tế, phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản suất và cũng không thể quá dư thừa dung lượng mà sau nhiều năm nhà máy vẫn không khai thác hết dung lượng sông suất dự trữ dẫn đến lãng phí. Theo quy trình trang bị điện và công nghệ của nhà máy ta thấy khi ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của nhà máy gây thiệt hại về nền kinh tế quốc dân do đó ta xếp nhà máy vào phụ tải loại II , cần được bảo đảm cung cấp điện liên tục và an toàn . II. Đặc điểm và phân bố phụ tải : Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể phân ra làm 2 loại phụ tải : + Phụ tải động lực + Phụ tải chiếu sáng Phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn , điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị là 380/220V , công suất của chúng nằm trong dảitừ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều tần số f = 50 Hz . Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha , công suất không lớn . Phụ tải chiếu sáng bằng phẳng , ít thay đổi và thường dùng dòng điện xoay chiều tần số f = 50 Hz Trong nhà máy có : kho than và củ cải đường, phân xưởng sửa chữa cơ khí , kho thành phẩm là hộ loại III , trạm bơm là hộ loại II , các phân xưởng còn lại là hộ loại I . Số trên mặt bằng  Tên phân xưởng  Công suất đặt (kW)  Diện tích   1  Kho củ cải đường  350  11683   2  Px thái nấu cải đường  700  5092   3   Bộ phận cô đặc  550  4493   4   Phân xưởng tinh chế  750  2996   5   Kho thành phẩm  150  5325   6   Px sửa chữa cơ khí   Theo tínhtoán   7   Trạm bơm  600  1598   8   Nhà máy nhiệt điện   Theo tínhtoán   9   Kho than  350  6490   10   Phụ tải điện cho thị trấn  5000  5000   11   Chiếu sáng phân xưởng   Xđ theodtích   III. Đặc điểm công nghệ : Theo quy trình trang bị điện và quy trình công nghệ sản xuất của xí nghiệp thì việc ngừng cung cấp điện sẻ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm gây thiệt hại về kinh tế do đó ta xếp xí nghiệp vào phụ tải loại II Để quy trình sản xuất của xí nghiệp đảm bảo vận hành tốt thì phải đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho toàn xí nghiệp và cho các phân xưởng quan trọng trong xí nghiệp. Chương II : Xác định phụ tải tính toán 2.1 . Đặt vấn đề: Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi , tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện . Nói cách khác , phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra , vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn thiết bị về mặt phát nóng . Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như : máy biến áp , dây dẫn , các thiết bị đóng cắt , bảo vệ ,… tính toán tổn thất công suất , tổn thất điện năng , tổn thất điện áp ; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng ,… phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : công suất , số lượng , chế độ làm việc của các thiết bị điện , trình độ và phương thức vận hành hệ thống ,… Nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện , ngược lại nếu phụ tải tính toán xác định được lớn hơn phụ tải thực tế thì gây ra dư thừa công suất , làm ứ đọng vốn đầu tư , gia tăng tổn thất ,…cũng vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác định phụ tải tính toán , song cho đến nay vẫn chưa có được phương phương pháp nào thật hoàn thiện . Những phương pháp cho kết quả đủ tin cậy thì lại quá phức tạp , khối lượng tính toán và các thông tin ban đầu về phụ tải lại quá lớn . Ngược lại những phương pháp tính đơn giản lại có kết quả có độ chính xác thấp . sau đây là một số phương pháp thường dùng để xác định phụ tải tính toán khi quy hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện : 1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu : Ptt = knc.Pđ Trong đó : knc : là hệ số nhu cầu , tra trong sổ tay kĩ thuật . Pđ : là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị , trong tính toán có thể lấy gần đúng Pđ
Pdđ (kW) . 2. Phương pháp xác định PTTT theo công suất công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải : Ptt = khd . Ptb Trong đó : khd : là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay kĩ thuật khi biết đồ thị phụ tải . Ptb : là công suât trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) . Ptb =
=
3. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình : Ptt = Ptb
Trong đó :
: là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình .
: là hệ số tán xạ của
. 4. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại : Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.Pdđ Trong đó : Pdđ : là công suất danh định của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) . kmax: là hệ số cực đại , tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ kmax = f(
) . ksd : là hệ số sử dụng tra trong sổ tay kĩ thuật .
: là số thiết bị dùng điện hiệu quả . 5. Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm : Ptt =
Trong đó : a0 : là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm , (kWh/đvsp) . M : là số sản phẩm sản suất trong một năm . Tmax: là thời gian sử dụng công suất lớn nhất , (h) 6. Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích: Ptt = p0 . F Trong đó : p0 : là suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích , (W/m2) . F : là diện tích bố trí thiết bị , (m2) . 7.Phương pháp tính trực tiếp : Là phương pháp điều tra phụ tải trực tiếp để xác định PTTT áp dụng cho hai trường hợp : + Phụ tải rất đa dạng không thể áp dụng phương pháp nào để xác định phụ tải tính toán . + Phụ tải rất giống nhau và lặp đi lặp lại ở các khu vực khác nhau như phụ tải ở khu trung cư . 8.Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị: Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau: Iđn = Ikđ (max) + (Itt - ksd . Iđm (max)) Trong đó: Ikđ (max) : là dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy. Itt : là dòng điện tính toán của nhóm máy. Iđm (max) : là dòng định mức của thiết bị đang khởi động. ksd : là hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động. Trong các phương pháp trên , 3 phương pháp 1 ,5,6 dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho các kết quả gần đúng tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi . Các phương pháp còn lại được xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố do đó có kết quả chính xác hơn , nhưng khối lượng tính toán hơn và phức tạp . Trong bài tập dài này với phân xưởng SCCK ta đã biết vị trí , công suất đặt , và các chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại . Các phân xưởng còn lại do chỉ biết diện tích và công suất đặt của nó nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này ta áp dụng phương pháp tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu . Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất . 2.2 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí : Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng số 6 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy có diện tích bố trí thiết bị là 1730,77 m2. Trong phân xưởng có 71 thiết bị ,công suất khác nhau , lớn nhất là 24,2KW song cũng có những thiết bị công suẩt rất nhỏ ( 0,6Kw ) . Dựa vào hệ số tải (kt) để xem chế độ làm việc của thiết bị . Hầu hết các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn . Với phân xưởng sửa chữa cơ khí để có kết quả chính xác nêu chọn phương pháp tính toán là: “Tính phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ cực đại”. 2.2.1 Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại kmax ( còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq ) Ptt = kmax . Ptb = kmax . ksd . Pdđ Trong đó: Pdđ : là công suất danh định của phụ tải. (tổng công suất định mức của nhóm phụ tải). ksd : là hệ số sử dụng công suất tác dụng của phụ tải (hệ số sử dụng chung của nhóm phụ tải có thể được xác định từ hệ số sử dụng của từng thiết bị đơn lẻ trong nhóm). kmax : là hệ số cực đại công suất tác dụng của nhóm thiết bị (hệ số này sẽ được xác định theo số thiết bị điện hiệu quả và hệ số sử dụng của nhóm máy). kmax =f ( nhq, ksd ) . + Số thiết bị dùng điện hiệu quả: “là số thiết bị giả thiết có cùng công suất, cùng chế độ làm việc gây ra một phụ tải tính toán bằng phụ tải tính toán của nhóm thiết bị điện thực tế có công suất và chế độ làm việc khác nhau”. Số thiết bị điện hiệu quả có thể xác định được theo công thức sau:
trong đó : Pđmi Công suất định mức của thiết bị thứ i n _ Số thiết bị trong nhóm Khi n lớn thì việc xác định nhq theo biểu thức trên khá phiền phức nên có thể xác định theo phương pháp gần đúng với sai số tính toán nằm trong khoảng
(10( + Các trường hợp riêng để xác định gần đúng
: Trường hợp 1: Khi
và
Thì Trong đó: Pdđ max : là công suất danh định của thiết bị lớn nhất trong nhóm. Pdđ min : là công suất danh định của thiết bị nhỏ nhất trong nhóm. ksd : là hệ số sử dụng công suất trung bình của nhóm máy. chú ý Khi trong nhóm có n1 thiết bị có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc bằng 5% tổng công suất định mức của toàn nhóm.
thì nhq = n - n1 Trường hợp 2: Khi m > 3 và Ksd ( 0,2 thì nhq = n Trường hợp 3: Khi không có khả năng sử dụng các cách đơn giản để tính nhanh
thì có thể sử dụng các đường cong hoặc bảng tra. Thông thường các đường cong và bảng tra được xây dựng quan hệ giữa
(số thiết bị hiệu quả tương đối) với các đại lượng n* và P* . Và khi đã tìm được n
thì số thiết bị điện hiệu quả của nhóm máy sẽ được tính;
Trong đó:
và
n1 : là số thiết bị có công suất lớn hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm máy. Pdđ1 : là tổng công suất định mức của n1 thiết bị. Pdđ : là tổng công suất định mức của n thiết bị (tức của toàn bộ nhóm). Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả : nhq , trong 1 số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau : + Nếu n( 3 và n
< 4 , phụ tải tính toán được tính theo công thức :
+ Nếu n > 3 và nhq < 4 , phụ tải tính toán được tính theo công thức :
Trong đó : kti : là hệ số phụ tải của thiết bị thứ i . Nếu không có số liệu chính xác hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau : kti = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn kti = 0,75 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . + Nếu n > 300 và ksd ( 0,5 phụ tải tính toán được tính theo công thức :
+ Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng ( các máy bơm , quạt nén khí ... ) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình : + Nếu trong mạng có thiết bị một pha cần phải phân phối đều các thiết bị cho ba pha của mạng , trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất của các phụ tải 1 pha về 3 pha tương đương : Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha : Pqđ = 3.Ppha max
Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây : Pqđ =
+ Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq theo công thức
Trong đó : (đm - hệ số đóng điện tương đối phần trăm , cho trong lí lịch máy . 2.2.2 Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp Ptb và kmax: 1. Phân nhóm phụ tải : Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc sau: + Các thiết bị trong 1 nhóm phải có vị trí gần nhau trên mặt bằng để giảm chiều dài đường dây hạ áp,do đó có thể giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng. + Các thiết bị trong nhóm nên có cùng chế độ làm việc (điều này sẽ thuận tiện cho việc tính toán và CCĐ sau này ví dụ nếu nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc, tức có cùng đồ thị phụ tải vậy ta có thể tra chung được ksd, knc; cos(; ...). + Các thiết bị trong các nhóm nên được phân bổ để tổng công suất của các nhóm ít chênh lệch nhất (điều này nếu thực hiện được sẽ tạo ra tính đồng loạt cho các trang thiết bị CCĐ. ) + Ngoài ra số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều vì số lộ ra của một tủ động lực cũng bị không chế (thông thường số lộ ra lớn nhất của các tủ động lực được chế tạo sẵn cũng không quá 8). Tuy nhiên khi số thiét bị của một nhóm quá ít cũng sẽ làm phức tạp hoá trong vận hành và làm giảm độ tin cậy CCĐ cho từng thiết bị. Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng Sửa chữa cơ khí thành : nhóm phụ tải . Kết quả phân nhóm phụ tải điện được trình bày ở bảng 2.1 : Bảng 2.1 - Tổng hợp kết quả phân nhóm phụ tải điện . TT  Tờn Thiết Bị  Số Lượng  Kớ hiệu trờn mặt bằng  Pdm(kW)     Idm(A)               1 Mỏy  Toàn bộ      1  2  3  4  5  6  7      Nhúm I :                  1  Búa hơi để rèn  2  2  28  56  2*70.9   2  Lũ rốn  1  3  4.5  4.5  11.4   3  Lũ rốn  1  4  6  6  15.19   4  Mỏy ộp ma sỏt  1  8  10  10  25.32   5  Lũ điện  1  9  15  15  37.98   6  Dầm treo có pâlang điện  1  11  4.85  4.85  12.28   7  Quạt ly tõm  1  13  7  7  17.73   8  Mỏy biến ỏp  2  17  2.2  4.4  2*5.57   9  Búa hơi để rèn  2  1  10  20  2*25.32    Cộng nhúm I  12    127.75       Nhúm II :        1  Lũ rốn  1  3  4.5  4.5  11.4   2  Quạt lũ  1  5  2.8  2.8  7.09   3  Quạt thụng giú  1  6  2.5  2.5  6.33   4  May mài sắc  1  12  3.2  3.2  8.1   5  Lũ điện  1  20  30  30  75.97   6  Lũ điện để ram  1  21  36  36  91.16   7  Lũ điện  1  23  20  20  50.64   8  Bể dầu  1  24  4  4  10.13   9  Thiết bị để tôi bánh răng  1  25  18  18  45.58   10  Bể dầu có tăng nhiệt  1  26  3  3  7.6      Cộng nhúm II  10    124       Nhúm III :        1  Lũ bằng chạy điện  1  18  30  30  75.97   2  Lũ điện để hoá cứng lkiện  1  19  90  90  227.9   3  Máy đo độ cứng đầu côn  1  28  0.6  0.6  1.52   4  Mỏy mài sắc  1  31  0.25  0.25  0.63   5  Cần trục cánh có pl điện  1  33  1.3  1.3  3.29      Cộng nhúm III  5    122.15       Nhúm IV :                  1  Thiết bị cao tần  1  34  80  80  220.58   2  Thiết bị đo bi  1  37  23  23  58.24   3  Lũ điện  1  22  20  20  50.64      Cộng nhúm IV  3    123       Nhúm V :        1  Mỏy nộn khớ  1  40  40.5  40.5  113.95   2  Mỏy bào gỗ  1  41  6.5  6.5  11.4   3  Mỏy khoan  1  42  4.2  4.2  8.1