Kết quả khảo sát, đánh giá chất lượng cung cấp điện của mạng điện mỏ vùng Quảng Ninh
Ở các nước công nghiệp phát triển “chất
lượng điện” được quan tâm từ những năm 50 ÷
60 của thế kỷ trước bởi các lý do:
Độ lệch điện áp có ảnh hưởng rất lớn
đếnhoạt động của động cơ không đồng bộ, là
phụ tải chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp.
Khi điện áp trên cực động cơ giảm quá mức cho
phép, mômen cản có thể vượt quá giá trị của
mômen quay, dẫn đến động cơ không thể quay
được. Nếu không cắt điện, động cơ có thể bị
cháy. Điện áp trên cực động cơ thấp làm cho
điều kiện khởi động của động cơ giảm đi đáng
kể. Khi điện áp trên cực động cơ thấp thì cường
độ từ trường của stator cũng giảm đi (đến 2-3%
khi điện áp giảm 1%) và như vậy, với công suất
tiêu thụ như trước thì dòng phải tăng lên, dẫn
đến cuộn dây bị nóng quá mức, làm giảm cách
điện của cuộn dây và kèm theo đó là tuổi thọ
của động cơ;
Điện áp lệch khỏi giá trị danh định làm tăng
đáng kể công suất phản kháng tiêu tán trên
đường dây, trong các máy biến áp và các động
cơ điện. Nếu điện áp trên cực động cơ tăng lên
1% thì công suất phản kháng tăng thêm từ 3%
trở lên (do tăng dòng không tải của động cơ);
Các thiết bị nhạy cảm với sự dao động điện
áp là các lò điện, các đèn chiếu sáng và các
thiết bị điện tử. Sự nhấp nháy của nguồn sáng
gây sự khó chịu, mệt mỏi, ảnh hưởng đến năng
suất lao động, tiềm ẩn nguy cơ gây tai nạn trong
quá trình sản xuất;
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Tóm tắt nội dung tài liệu: Kết quả khảo sát, đánh giá chất lượng cung cấp điện của mạng điện mỏ vùng Quảng Ninh
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 39 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA KẾT QUẢ KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA MẠNG ĐIỆN MỎ VÙNG QUẢNG NINH Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả khảo sát đánh giá chất lượng cung cấp điện của mạng điện Mỏ Vùng Quảng Ninh ThS. Vũ Thế Nam Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin Biên tập: TS. Đào Đắc Tạo 1. Vì sao phải quan tâm đến “chất lượng điện năng” Ở các nước công nghiệp phát triển “chất lượng điện” được quan tâm từ những năm 50 ÷ 60 của thế kỷ trước bởi các lý do: Độ lệch điện áp có ảnh hưởng rất lớn đếnhoạt động của động cơ không đồng bộ, là phụ tải chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp. Khi điện áp trên cực động cơ giảm quá mức cho phép, mômen cản có thể vượt quá giá trị của mômen quay, dẫn đến động cơ không thể quay được. Nếu không cắt điện, động cơ có thể bị cháy. Điện áp trên cực động cơ thấp làm cho điều kiện khởi động của động cơ giảm đi đáng kể. Khi điện áp trên cực động cơ thấp thì cường độ từ trường của stator cũng giảm đi (đến 2-3% khi điện áp giảm 1%) và như vậy, với công suất tiêu thụ như trước thì dòng phải tăng lên, dẫn đến cuộn dây bị nóng quá mức, làm giảm cách điện của cuộn dây và kèm theo đó là tuổi thọ của động cơ; Điện áp lệch khỏi giá trị danh định làm tăng đáng kể công suất phản kháng tiêu tán trên đường dây, trong các máy biến áp và các động cơ điện. Nếu điện áp trên cực động cơ tăng lên 1% thì công suất phản kháng tăng thêm từ 3% trở lên (do tăng dòng không tải của động cơ); Các thiết bị nhạy cảm với sự dao động điện áp là các lò điện, các đèn chiếu sáng và các thiết bị điện tử. Sự nhấp nháy của nguồn sáng gây sự khó chịu, mệt mỏi, ảnh hưởng đến năng suất lao động, tiềm ẩn nguy cơ gây tai nạn trong quá trình sản xuất; Dao động điện áp làm cho nhiều hệ thống điện tử, tự động hóa, thông tin liên lạc, quan trắc, giám sát không thể hoạt động được bình thường, gây tổn hại cho quá trình giám sát, điều hành sản xuất. Điện áp dao động lớn hơn 15% làm cho các avtomat hút của các rơle điều khiển, các attômat và khởi động từ không giữ được tay đòn, ảnh hưởng đến sự hoạt động bình thường của máy móc thiết bị trong các dây chuyền sản xuất. Điện áp dao động trong khoảng từ 10÷15% có thể làm hư hỏng các tụ điện bù cũng như các bộ biến đổi bán dẫn; Sự mất đối xứng pha ảnh hưởng trực tiếp đến các phụ tải, điển hình nhất là các động cơ không đồng bộ. Người ta đã chứng minh rằng tuổi thọ của động cơ không đồng bộ mang đầy tải, khi làm việc trong lưới có điện áp mất đối xứng 4% sẽ bị giảm đi 2 lần và nếu như sự mất đối xứng là 5% thì công suất của động cơ sẽ bị giảm đi từ 5 ÷ 10%. Sự mất đối xứng pha cũng gây tổn hao công suất và phát nhiệt trong stator và rôtor, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của các động cơ đồng bộ. Sự mất đối xứng pha làm cho chế độ làm việc của của các bộ biến đổi, bộ chỉnh lưu nhiều pha xấu đi rất nhiều - làm tăng đáng kể sự nhấp nhô của điện áp nắn, làm cho hệ thống điều khiển xung - pha của các bộ biến đổi tiristor không thể làm việc bình thường được; Khi điện áp mất đối xứng các tụ bù sẽ tiêu thụ công suất vô công ở các pha không đều nhau. Do vậy tụ điện không sử dụng hết dung lượng lắp đặt. Ngoài ra, do sự mất đối xứng của các pha mà chính các bộ tụ điện trong trường hợp này còn làm tăng thêm sự mất đối xứng bởi vì công suất phản kháng của tụ trong pha có điện áp thấp sẽ nhỏ hơn trong các pha khác (tỷ lệ thuận với bình phương điện áp của lưới); Điện áp “không sin” cũng mang lại những tổn hại giống như là sự mất đối xứng. Sóng hài bậc cao cũng gây nên tổn thất hữu công trên tất cả THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA40 các phần tử của hệ thống cung cấp điện như trong mạng cung cấp, máy biến áp, các máy điện, các bộ tụ điện bởi vì điện trở của các phần tử này phụ thuộc vào tần số; Sự dao động của tần số có ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần điện từ, liên quan mật thiết đến sự tiêu hao công suất hữu công và vô công trong mạng. Người ta đã chứng minh được rằng - nếu như tần số giảm đi 1% (0,5 Hz) thì lượng tổn hao công suất trong mạng sẽ là 2%. Do dao động của tần số, sự thiệt hại đối với chất lượng sản phẩm trong dây chuyền công nghệ của xí nghiệp nhiều khi còn lớn hơn nhiều, so với những tổn hao kể trên. Dao động tần số của điện áp có ảnh hưởng rõ rệt nhất đối với các thiết bị điện tử. Dao động tần số quá +0,1 Hz đã làm cho các tín hiệu của các màn hình mônitor, camera theo dõi, màn hình vô tuyến bị méo đi rõ rệt. Tần số ở trong khoảng từ 49,5 ÷ 49,9 Hz làm cho tín hiệu trên màn hình biến dạng đến 4 lần so với tín hiệu chuẩn. Với tần số <49,5 Hz thì hầu hết các thiết bị thu phát tín hiệu không thể làm việc được. Các chỉ tiêu chất lượng điện không phù hợp với tiêu chuẩn, khác với các giá trị danh định không chỉ ảnh hưởng đến năng suất của máy móc thiết bị, đến tuổi thọ của chúng mà còn có khả năng gây nên các sự cố liên hoàn, sự tác động nhầm lẫn của các bộ phận bảo vệ, đặc biệt có thể có những tín hiệu điều khiển các quá trình sản xuất bị sai lệch do có sự tác động nhầm lẫn của các thiết bị đóng cắt, và kết quả là xác suất xuất hiện hư hỏng cũng tăng lên theo gây những hậu quả không lường trước được. 2. Tiêu chuẩn về “Chất lượng điện năng” ở Việt Nam Ở nước ta, “chất lượng điện” đã được những người làm công tác năng lượng quan tâm từ những năm 80 của thế kỷ trước. Trải qua những năm chiến tranh kéo dài, ngành điện mới chỉ cố gắng đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, mà chưa thể đáp ứng ngay cho các hộ tiêu thụ điện chất lượng như các nước công nghiệp phát triển. Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển chúng ta cũng đã thấy được định hướng mục tiêu phấn đấu của ngành điện thông qua một số mốc quan trọng: Ngày 21 tháng 11 năm 1984 theo đề nghị của Bộ Điện Lực, Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84 quy định về “Mức chất lượng điện năng ở các thiết bị tiêu thụ điện năng nối vào lưới điện công dụng chung”; Ngày 02/08/2001 Chính phủ đã ban hành Nghị định số 45/2001/NĐ-CP về “Các hoạt động điện lực và sử dụng điện”; “Quy phạm trang bị điện” được ban hành theo Quyết định số 19/2006/ QĐ-BCN, ngày 11/07/2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp là một bước tiến mới trong việc đưa dần các “chỉ tiêu chất lượng điện” của Việt Nam phù hợp với Tiêu chuẩn của các nước công nghiệp phát triển. Quy phạm này có bốn phần được biên soạn thành dạng Tiêu chuẩn của ngành. Tuy nhiên, trong TCN-19-2006 cũng mới chỉ có quy định về “chất lượng điện áp và tần số của lưới điện”. Tiêu chuẩn về chất lượng điện của các nước hiện đều tuân theo các Tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC), bao gồm nhiều chỉ tiêu, có các yêu cầu và quy định rất chi tiết về các chỉ tiêu này. Quá trình hòa nhập để phát triển, Việt Nam cũng cần thiết phải ban hành các Tiêu chuẩn (TCVN) phù hợp với các Tiêu chuẩn nêu trên. 3. Kết quả khảo sát đánh giá về chất lượng điện cung cấp cho một số đơn vị sản xuất trong Tập đoàn TKV vùng Quảng Ninh Trong quá trình kiểm toán năng lượng, cũng như nghiên cứu đề tài khoa học các cấp nhóm nghiên cứu của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ đã kết hợp với các cán bộ kỹ thuật của một số mỏ khai thác than, như đơn vị sản xuất khác trong Tập đoàn tiến hành khảo sát, đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng cung cấp điện cho các đơn vị khu vực Quảng Ninh bằng tổ hợp thiết bị đo lường đa năng WM 14-96 được chế tạo ở dạng “an toàn nổ”, dùng trong mỏ hầm lò có thể đo được các thông số tức thời của chất lượng điện đặt vào phụ tải như U, I, f, Cosφ, P, S, Q, các dạng sóng hài Các thông số hoạt động này được cập nhật liên tục và lưu vào thẻ nhớ, sau đó dùng phần mềm chuyên dụng (ACE- Reader-V1) để lấy và đọc (ACE-PowerSoft-V1) các dữ liệu đo. Thiết bị được thiết kế chế tạo và kiểm định theo tiêu chuẩn TCVN 7079-0: 2002, và TCVN 7079 -1: 2002. Đồng thời sử dụng máy phân tích điện năng đa năng của hãng Chauvin THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 41 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA CA8335 để đo phát hiện sóng hài bậc cao tại các đơn vị sản xuất trong Tập đoàn TKV vùng Quảng Ninh. Các số liệu đo được thực hiện tại các trạm biến áp 35/6 kV để xác định sự dao động điện áp và tần số của mạng ở cấp điện áp 35kV và 6kV. Đối với các khu vực khai thác và đào lò, các đơn vị sản xuất khác nhóm nghiên cứu đã tiến hành lắp đặt thiết bị để xác định các thông số đặc trưng của mạng hạ áp nhằm đánh giá chất lượng điện trên một số chỉ tiêu chủ yếu như: Chất lượng điện áp; Chất lượng tần số; Hệ số mang tải; Hệ số công suất; Tổn hao điện năng; Một số dạng sóng hài.v.v Trên các hình 1 và 2 mô tả một số kết quả khảo sát được trong quá trình đo cũng như xử lý các số liệu đo để đánh giá. Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5. Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao. Qua hình 2 và hình 3 cho thấy sự ảnh hưởng của sóng hài khiến cho điện áp và dòng điện xuất hiện dạng méo sin, răng cưa. Thành phần quan trọng để đánh giá sóng hài là hệ số méo dạng tổng (THD), mà giá trị càng cao thì mức ảnh hưởng tới chất lượng cung cấp điện càng lớn. Kết quả đo kiểm cho thấy Hình 1. Biểu đồ công suất biểu kiến và hệ số công suất của MBA 1000 kVA Công ty tuyển than Cửa Ông - Vinacomin Hình 2. Ảnh hưởng sóng hài tới dòng điện động cơ máy cán thép Công ty CP Chế tạo máy Hình 3. Ảnh hưởng sóng hài tới dòng điện động cơ máy cán thép Công ty CP Chế tạo máy THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA42 THD≈43,2÷174,8% (hình 4). Tổng hợp các kết quả đo kiểm trong quá trình khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của sóng hài nhóm nghiên cứu có bảng tổng hợp số 1. 4. Các kết quả nghiên cứu Đối chiếu với Tiêu chuẩn chúng ta thấy rằng, điện áp trung và cao áp của các TBA là tương đối ổn định, các giá trị của điện áp không có sự Hình 4. Hệ số méo dạng tổng (THD) sóng hài dòng điện động cơ máy cán thép Công ty CP Chế tạo máy - Vinacomin Bảng 1 Tổng hợp đo kiểm sóng hài tại các đơn vị Sóng hài Công ty Cơ khí VMC (2016) Thống Nhất (2017) TT Hòn Gai (2015) Uông Bí (2014) Phụ tải Động cơ cán Động cơ máy nắn MBA 400 kVA MB+41 Lộ Trí Băng RC2-PX Sàng TBA số 1 (1000 kVA)- khu tuyển Úc-PX tuyển TBA số 2 (630 kVA)- PX tuyển TBA 400 kVA Bậc 3 A1h3 3,81 13,36 7,99 0,89 0,56 5,03 0,92 A2h3 3,80 17,11 2,57 0,76 1,31 3,70 1,57 A3h3 3,56 12,15 9,00 0,41 1,73 2,38 2,85 Bậc 5 A1h5 38,16 52,51 3,19 1,67 11,81 19,51 3,87 A2h5 37,65 50,72 3,72 5,49 11,96 21,19 4,54 A3h5 37,55 50,01 3,12 5,29 12,27 15,47 4,16 Bậc 7 A1h7 16,43 34,49 2,76 2,05 9,34 11,61 5,37 A2h7 15,63 32,85 2,79 2,35 9,36 12,46 7,31 A3h7 16,15 32,30 3,80 2,58 10,16 10,12 5,96 Bậc 9 A1h9 1,58 4,60 0,53 0,30 0,47 1,24 7,31 A2h9 1,68 4,82 0,85 0,21 0,33 0,98 3,65 A3h9 1,26 3,74 0,69 0,31 0,53 0,57 5,96 Bậc 11 A1h11 15,19 13,52 0,38 0,84 4,65 4,22 13,04 A2h11 14,69 12,78 0,82 0,66 4,85 5,04 11,97 A3h11 14,58 12,08 0,76 0,72 4,93 3,01 14,24 Bậc 13 A1h13 9,43 7,17 0,33 0,69 1,17 3,48 8,29 A2h13 8,74 6,72 0,49 0,66 1,03 3,69 11,01 A3h13 9,13 6,31 0,61 0,92 1,35 3,57 10,54 Bậc 15 A1h15 0,92 2,74 0,53 0,15 0,14 2,14 0,56 A2h15 1,08 2,61 0,58 0,15 0,10 2,07 0,34 A3h15 0,65 1,94 0,50 0,18 0,10 0,75 0,52 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ 43 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA dao động nhiều, nhưng điện áp trên cực phụ tải gần với trạm thường được giữ ở mức khá cao so với giá trị danh định, do hầu hết các máy biến áp đều không có hệ thống tự động điều chỉnh dưới tải. Tần số của nguồn nhìn chung là ổn định, dao động trong khoảng nhỏ, chủ yếu nằm trong khoảng giới hạn cho phép của Tiêu chuẩn, đảm bảo để các thiết bị làm việc bình thường. Mạng hạ áp của hầu hết các khu vực khảo sát đều có tổn thất điện năng khá lớn. Tổn thất điện năng chủ yếu xảy ra trên đường cáp trục chính và cáp mềm. Các mạng hạ áp mỏ đều có hệ số yêu cầu, hệ số công suất và hệ số mang tải thấp. Nếu được chú ý đầu tư, cải tạo chắc chắn sẽ nâng cao được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và hiệu quả sử dụng điện năng trong quản lý vận hành mạng cung cấp điện. Nhiều mạng điện có xuất hiện sóng hài bậc cao, tập trung tại nhà máy cơ khí có lò hồ quang, các trạm biến áp cung cấp điện cho các động cơ sử dụng các thiết bị điện tử công suất hỗ trợ điều khiển, các động cơ điện một chiều,làm ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện và tổn thất điện năng. Tài liệu tham khảo: 1. Đào Đắc Tạo và nnk (2009). Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn và hiệu quả cho các mỏ than hầm lò Quảng Ninh đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa, hiện đại hóa ngành than giai đoạn 2008 – 2025; Báo cáo tổng kết đề tài; Hà Nội. Results from surveying and evaluating the power supply quality of the electronic network at Quang Ninh underground coal mines MSc. Vu The Nam Institute of Mining Science and Technology - Vinacomin Summary: The paper repesents some results from surveying and evaluating the power supply quality of the electronic network at Quang Ninh underground coal mines
File đính kèm:
- ket_qua_khao_sat_danh_gia_chat_luong_cung_cap_dien_cua_mang.pdf