Máy biến áp cho nhà máy xử lý nước tại Bắc Phi: Khởi động máy bơm, sóng hài do biến tần (VFD) và nguồn điện dự phòng
Zisheng Electric đang tiến tới một máy biến áp của nhà máy xử lý nước như một phần của hệ thống quy trình thay vì là một thiết bị điện được mua riêng lẻ. Một cơ sở xử lý nước thuộc chính quyền địa phương hoặc công nghiệp kết hợp các máy bơm lớn, bộ biến tần, tải rửa ngược không liên tục, hệ thống định lượng hóa chất, thiết bị phòng thí nghiệm, hệ thống thông gió, chiếu sáng và các dịch vụ khẩn cấp. Máy biến áp phải hỗ trợ các tải này trong quá trình vận hành bình thường, mở rộng nhà máy, chuyển đổi máy phát điện và các điều kiện bảo trì mà không để hiệu suất điện áp hoặc giới hạn nhiệt trở thành những hạn chế tiềm ẩn.
Hướng dẫn kỹ thuật này dành cho các nhà thầu EPC, chủ sở hữu nhà máy, kỹ sư tư vấn và các nhóm mua sắm đang chuẩn bị các yêu cầu về máy biến áp cho các dự án cấp nước và xử lý nước thải tại Bắc Phi cũng như các khu vực khô cằn, ven biển hoặc có nhiệt độ cao khác. Tài liệu này không quy định mức điện áp tiêu chuẩn quốc gia hay một phương án bố trí chung nào. Các thông số mạng cấp điện, phương pháp nối đất, nguyên tắc bảo vệ và các yêu cầu phê duyệt phải được xác nhận với đơn vị cung cấp điện của dự án trước khi thiết bị được bàn giao.
Tại sao máy biến áp tại nhà máy xử lý nước cần có nghiên cứu tải dựa trên quy trình?
Công suất định danh (kilowatt) trên nhãn mác không phải là yếu tố duy nhất xác định tải điện. Các máy bơm hút có thể khởi động theo thứ tự, các dây chuyền lọc có thể hoạt động luân phiên, thiết bị xử lý bùn có thể chỉ hoạt động trong một khoảng thời gian ngắn mỗi ngày, và các đơn vị dự phòng có thể ở trạng thái không hoạt động cho đến khi xảy ra sự cố trong quá trình vận hành. Nếu kích thước máy biến áp được xác định bằng cách cộng dồn công suất định mức của tất cả các động cơ, kết quả có thể dẫn đến máy biến áp có công suất quá lớn so với cần thiết. Nếu giả định mức độ đa dạng quá cao, nhà máy có thể gặp phải tình trạng điện áp thấp, ngắt mạch không mong muốn hoặc bị hạn chế công suất trong tương lai.
Do đó, lịch trình tải cần phân biệt các loại tải liên tục, gián đoạn, dự phòng và tải trong tương lai. Đối với mỗi động cơ chính, cần ghi lại công suất định mức, hiệu suất, hệ số công suất, phương pháp khởi động, dòng điện khởi động dự kiến, thời gian tăng tốc và trình tự vận hành. Đối với bộ biến tần, cần bao gồm cấu trúc đầu vào, dữ liệu sóng hài và dải tốc độ vận hành. Kỹ sư sau đó có thể so sánh nhu cầu công suất tối đa, công việc khởi động động cơ và nhu cầu dự phòng như ba trường hợp khác nhau.
| Yêu cầu thiết kế | Câu hỏi về kỹ thuật | Tác động của Transformer | Rủi ro nếu bỏ qua |
|---|---|---|---|
| Nhu cầu quy trình thông thường | Những máy bơm và hệ thống xử lý nào hoạt động cùng nhau? | Tải kVA liên tục và tải nhiệt | Tải trọng quá mức kéo dài hoặc thiết kế quá khổ |
| Khởi động động cơ công suất lớn nhất | Mức sụt áp nào được coi là chấp nhận được tại động cơ và thanh cái? | Trở kháng, chế độ phân nhánh và khả năng chịu ngắn mạch | Lỗi tăng tốc hoặc ngắt tiếp điểm |
| Dân số VFD | Dải tần và đường cong tải hiện tại nào được truyền đến máy biến áp? | Mất mát bổ sung, dòng điện trung tính và biên độ nhiệt | Tình trạng nóng lên bất thường và công suất giảm |
| Chế độ máy phát điện dự phòng | Máy phát điện có thể cấp điện cho máy biến áp và các tải đã chọn không? | Dòng điện khởi động, trình tự chuyển mạch và sự phối hợp bảo vệ | Sự mất ổn định của máy phát điện hoặc sự cố chuyển mạch |
| Giai đoạn điều trị trong tương lai | Hiện đã có kế hoạch mở rộng lĩnh vực dân sự và tố tụng nào? | Đánh giá, phương án dự phòng và biện pháp làm mát | Thay thế sớm |
| Môi trường tại công trường | Các yếu tố như nhiệt độ cao, bụi, độ ẩm hay tiếp xúc với muối có phải là nguyên nhân đáng tin cậy không? | Hệ thống làm mát, vỏ bảo vệ, lớp phủ và lối tiếp cận để bảo trì | Sự ăn mòn, hệ thống làm mát bị tắc nghẽn hoặc ô nhiễm lớp cách nhiệt |
Công suất định mức và biên độ vận hành của máy biến áp tại nhà máy xử lý nước
Mức định mức được lựa chọn phải được chứng minh bằng một trường hợp tải được ghi chép cụ thể, chứ không phải là một biên độ phần trăm chung chung. Nhu cầu liên tục của nhà máy xác định công suất cơ bản. Sau đó, kỹ sư sẽ tính thêm các tải phụ thực tế và công suất dự phòng cần thiết cho kế hoạch mở rộng đã được xác nhận. Quá trình tăng tốc động cơ trong thời gian ngắn phải được kiểm tra riêng biệt vì tác động của nó chủ yếu liên quan đến hiệu suất điện áp và gia tốc cơ học, chứ không chỉ là nhiệt độ trung bình của máy biến áp.
Trong những trường hợp tính liên tục của quy trình là yếu tố then chốt, việc sử dụng hai máy biến áp kết hợp với hệ thống thanh cái hạ áp được phân đoạn có thể mang lại khả năng bảo trì tốt hơn so với việc sử dụng một máy biến áp có công suất lớn hơn. Quyết định này phụ thuộc vào việc liệu một máy biến áp có phải đảm nhận tải thiết yếu sau khi máy còn lại bị cách ly hay không. Một cấu hình N+1 thực sự đòi hỏi phải có danh sách tải dự phòng được xác định rõ, mức tải khẩn cấp chấp nhận được, các cơ chế khóa liên động giữa các thanh cái và quy trình vận hành bảo trì. Việc chỉ đơn thuần lắp đặt hai máy biến áp có công suất bằng nhau không tạo ra tính dự phòng.
Đối với các dự án đang xem xét sử dụng thiết bị ngâm dầu, Zisheng Electric có thể đánh giá mức độ hoạt động dựa trên các số liệu đã được xác minh Máy biến áp phân phối ngâm dầu công suất 630 kVA cấu hình hoặc một thiết kế cụ thể cho dự án quy mô lớn hơn. Ngược lại, việc lắp đặt trong nhà có thể yêu cầu một máy biến áp khô bố trí, tuân thủ các yêu cầu về thông gió, chiến lược phòng cháy chữa cháy, giới hạn về âm học và lối vào phòng.
Khởi động động cơ, sụt áp và gia tốc bơm
Khởi động trực tiếp và khởi động giảm điện áp
Các máy bơm công suất lớn có thể tạo ra dòng điện tạm thời cao gấp nhiều lần so với dòng điện hoạt động của chúng. Giá trị thực tế phụ thuộc vào thiết kế động cơ và phương pháp khởi động. Khởi động trực tiếp là phương pháp đơn giản nhưng có thể gây ra hiện tượng sụt áp trên thanh cái ở mức không thể chấp nhận được. Bộ khởi động mềm giúp giảm tải điện và cơ học, mặc dù động cơ vẫn cần mô-men xoắn đủ lớn để tăng tốc máy bơm. Biến tần (VFD) cho phép kiểm soát tốc độ tăng tốc và điều khiển quá trình, nhưng lại gây ra tổn thất trong bộ biến tần và các thành phần hài.
Nghiên cứu khởi động cần mô phỏng mạng nguồn, trở kháng máy biến áp, trở kháng cáp, dữ liệu động cơ và điện áp tối thiểu trên thanh cái trước khi khởi động. Nghiên cứu này cũng cần xem xét liệu có máy bơm công suất lớn nào khác đang hoạt động hay không. Một quá trình khởi động có vẻ chấp nhận được khi nguồn điện lưới mạnh có thể bị thất bại trong quá trình vận hành máy phát điện hoặc sau khi thực hiện tái cấu trúc mạng lưới trong tương lai.
Trở kháng của máy biến áp là một quyết định mang tính hệ thống
Trở kháng thấp hơn thường giúp đạt được điện áp khởi động động cơ tốt hơn, nhưng cũng làm tăng dòng sự cố dự kiến. Trở kháng cao hơn có thể giảm tần suất sự cố của tủ điện nhưng lại làm trầm trọng thêm hiện tượng sụt áp. Do đó, giá trị phù hợp phải được điều chỉnh sao cho phù hợp với tốc độ tăng tốc của động cơ, các thông số bảo vệ, thông số kỹ thuật của cáp và khả năng chịu tải của tủ điện hạ áp. Hướng dẫn của chúng tôi về Điều chỉnh điện áp biến áp cho các nhà máy công nghiệp ở châu Phi giải thích lý do tại sao phạm vi áp lực và trở kháng nên được xem xét cùng nhau thay vì được coi là các tiêu chí mua sắm riêng biệt.
Dao động hài của biến tần (VFD) và hiệu suất nhiệt của máy biến áp
Các nhà máy xử lý nước hiện đại thường sử dụng bộ biến tần (VFD) cho các máy bơm hút, máy bơm chuyển nước, máy bơm sục khí và máy bơm nâng cao. Các bộ biến tần này giúp cải thiện khả năng điều khiển quy trình và có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng, nhưng dòng điện đầu vào của chúng không hoàn toàn là sóng sin. Dòng điện hài làm tăng tổn thất cuộn dây và tổn thất kết cấu, đồng thời có thể ảnh hưởng đến dòng điện trung tính, hiện tượng nóng dây cáp và chất lượng nguồn điện. Nhà cung cấp máy biến áp cần biết nhiều hơn chỉ công suất tổng của bộ biến tần (tính bằng kilowatt).
Gói yêu cầu kỹ thuật cần xác định loại bộ điều khiển, số xung hoặc cấu trúc mạch đầu vào chủ động, phổ dòng điện dự kiến, cuộn cảm đường dây hoặc bộ lọc, độ đa dạng và tỷ lệ phần trăm tải biến áp do các bộ chuyển đổi điện tử chiếm. Nhà thiết kế hệ thống cũng cần xác định các tải phi tuyến khác như hệ thống UPS và bộ nguồn điều khiển chế độ chuyển mạch. Một nghiên cứu hài thực tế có thể cho thấy rằng máy biến áp cần có biên độ nhiệt bổ sung, bố trí cuộn dây được điều chỉnh hoặc hệ thống lọc phối hợp thay vì chỉ đơn thuần tăng công suất định mức.
Cần lên kế hoạch cho các hoạt động đo đạc trong quá trình vận hành thử trước khi đặt hàng thiết bị. Cần xác định cụ thể các điểm đo, điều kiện tải và các dữ liệu cần ghi chép liên quan đến độ méo điện áp, độ méo dòng điện, cân bằng pha và nhiệt độ máy biến áp. Điều này sẽ tạo ra một cơ sở tham chiếu hữu ích cho công tác bảo trì, thay vì để đội ngũ nhà máy phải tiến hành kiểm tra chất lượng điện năng chỉ sau khi các cảnh báo xuất hiện.
Máy phát điện dự phòng và các chế độ vận hành khẩn cấp
Hệ thống cơ sở hạ tầng cấp nước thường đòi hỏi phải duy trì hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện, nhưng hệ thống khẩn cấp hiếm khi phải đảm nhận toàn bộ tải của quy trình. Chủ đầu tư cần xác định thứ tự ưu tiên các chức năng thiết yếu: điều khiển và truyền thông, bơm hóa chất, bơm tối thiểu, thông gió, thoát nước, chiếu sáng và bất kỳ thiết bị bảo vệ môi trường nào. Thứ tự này quyết định công suất máy phát điện, logic chuyển đổi và chế độ vận hành của máy biến áp.
Nếu máy phát điện cấp điện cho máy biến áp từ phía hạ áp hoặc thông qua một thanh cái khẩn cấp chuyên dụng, thì phải tính đến dòng điện khởi động và từ thông dư. Nguyên tắc vận hành công tắc phải ngăn chặn tình trạng vận hành song song ngoài ý muốn, trừ khi sơ đồ bảo vệ và đồng bộ hóa được thiết kế để đáp ứng trường hợp này. Chuyển mạch tự động, logic kết nối thanh cái, nối đất trung tính và các cài đặt bảo vệ cần có một ma trận nguyên nhân-hậu quả được phối hợp chặt chẽ.
Thông số kỹ thuật của máy biến áp cần nêu rõ liệu máy biến áp này sẽ vẫn được cấp điện trong quá trình chuyển mạch, được máy phát điện cấp điện trở lại hay được chuyển qua một máy biến áp dự phòng riêng biệt. Mỗi phương án sẽ ảnh hưởng đến mức độ phơi nhiễm dòng khởi động, cách bố trí đường cáp và mức độ phức tạp trong vận hành. Tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất không thể thay thế cho nghiên cứu chuyển mạch của dự án, nhưng cần cung cấp các dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu đó.
Khí hậu khô, vị trí ven biển và thiết kế hệ thống làm mát
Các dự án ở Bắc Phi không thể được quy về một hồ sơ môi trường duy nhất. Các địa điểm ở nội địa có thể kết hợp nhiệt độ ban ngày cao, bụi và sự chênh lệch nhiệt độ hàng ngày lớn. Các địa điểm ven biển có thể còn thêm độ ẩm và không khí chứa nhiều muối. Bảng dữ liệu dự án cần nêu rõ hồ sơ môi trường thiết kế, độ cao lắp đặt, mức độ tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, điều kiện bụi, hạng mục chống ăn mòn theo yêu cầu của chủ đầu tư và các khoảng thời gian bảo trì có sẵn. Đối với việc mua sắm tuân thủ tiêu chuẩn IEC, bản đặc tả dự án cũng cần xác định phiên bản áp dụng của tiêu chuẩn IEC 60076-1 và, đối với các thiết bị ngâm trong chất lỏng, các yêu cầu về mức tăng nhiệt độ và làm mát được tham chiếu từ tiêu chuẩn IEC 60076-2 thay vì chỉ dựa vào một tuyên bố tuân thủ chung chung.
Đối với máy biến áp ngâm dầu đặt ngoài trời, cần kiểm tra hướng của bộ tản nhiệt, luồng không khí tự nhiên, hệ thống điều khiển quạt (nếu có), độ kín của hộp đấu nối, hệ thống sơn phủ, hướng đi của cáp vào và khả năng tiếp cận để vệ sinh. Đối với máy biến áp loại khô đặt trong nhà, cần xác nhận khả năng tản nhiệt của phòng, các luồng không khí, vị trí của các tấm chắn gió, việc bảo trì bộ lọc và ảnh hưởng khi quạt thông gió bị hỏng. Bài viết về một máy biến áp dành cho khu vực ven biển Tây Phi cung cấp một khuôn khổ hữu ích để liên kết các điều kiện ăn mòn và độ ẩm với các yêu cầu kiểm tra và bảo trì mà không giả định rằng mọi dự án ven biển đều giống nhau.
Bảo vệ, nối đất và đảm bảo tính liên tục của quá trình
Việc phối hợp bảo vệ nên bắt đầu từ điểm giao nhau giữa hệ thống điện và mạng lưới, sau đó tiếp tục qua máy biến áp, tủ điện chính, các đường dây cấp điện cho động cơ và các bộ biến tần (VFD). Hệ thống bảo vệ máy biến áp phải có khả năng loại bỏ các sự cố bên trong đồng thời cho phép khởi động động cơ và tải tạm thời có kiểm soát. Hệ thống bảo vệ chống sự cố chạm đất phụ thuộc vào phương pháp nối đất của mạng lưới và không nên sao chép từ một dự án khác có cách bố trí điểm trung tính khác.
Các tín hiệu quá trình quan trọng cần được tích hợp vào hệ thống điều khiển nhà máy với thứ tự ưu tiên báo động rõ ràng. Nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây (nếu có), áp suất hoặc hệ thống bảo vệ khí, trạng thái quạt và các tín hiệu ngắt mạch phải có các điểm tham chiếu đầu cuối được xác định rõ ràng cùng với các phản ứng theo mối quan hệ nhân quả. Chỉ riêng các tiếp điểm dự phòng không thể coi là một thiết kế giao diện.
Thẩm định tại nhà máy và các dữ liệu cần thiết trước khi xuất xưởng
Một kế hoạch nghiệm thu tại nhà máy hiệu quả phải liên kết từng thử nghiệm hoặc kiểm tra với một yêu cầu đã được phê duyệt. Cần rà soát dữ liệu trên bảng tên, nhóm tỷ số và vectơ, điện trở cuộn dây, kết quả kiểm tra cách điện, dữ liệu tổn hao và trở kháng (nếu có quy định), hoạt động chức năng của các thiết bị điều khiển nhiệt độ, ký hiệu trên đầu nối, hệ thống dây dẫn kết nối và các thông số kích thước giao diện. Bản vẽ bố trí tổng thể đã được phê duyệt cần được sử dụng để kiểm tra kích thước thực tế trước khi xuất hàng.
Đối với các cơ sở sử dụng nhiều máy bơm, hồ sơ FAT phải bao gồm các thông số về trở kháng đã được xác nhận, vị trí các điểm lấy điện, thông số kỹ thuật của các thiết bị phụ trợ, các tiếp điểm báo động và ngắt mạch, hệ thống điều khiển làm mát, cùng các dữ liệu cần thiết cho các nghiên cứu về khởi động động cơ và bảo vệ. Các bức ảnh phải ghi rõ số sê-ri thực tế và các giao diện. Mọi sai lệch đều phải được ghi nhận, đánh giá và khắc phục trước khi bàn giao.
Sẵn sàng về vận chuyển, lắp đặt và vận hành thử
Việc lập kế hoạch vận chuyển đặc biệt quan trọng khi địa điểm thi công nằm ở vùng sâu vùng xa hoặc các tuyến đường tiếp cận đi qua các khu vực đô thị đông đúc. Cần xác nhận khối lượng vận chuyển, tâm trọng lực, các điểm nâng, kích thước khi có phụ kiện tháo rời, điều kiện bảo quản và trách nhiệm bảo quản. Nhà thầu lắp đặt cần nhận được các thông số tải trọng móng đã được phê duyệt, chi tiết hộp cáp và các kết nối tiếp đất đủ sớm để hoàn thành các công việc xây dựng dân dụng và lắp đặt cáp.
Trong quá trình nghiệm thu, cần đối chiếu việc lắp đặt với các bản vẽ đã được phê duyệt trước khi cấp điện. Các kiểm tra tiêu biểu bao gồm tính liên tục của hệ thống nối đất, thứ tự pha của cáp, các thông số bảo vệ, tình trạng cơ khí, mức dầu (nếu có), hệ thống thông gió, nguồn điện điều khiển, mạch báo động và trình tự đóng cắt đã thỏa thuận. Cần ghi lại các số liệu cơ sở về nhiệt độ và chất lượng điện năng trong điều kiện tải quá trình đại diện.
Chuẩn bị hồ sơ yêu cầu báo giá máy biến áp cho nhà máy xử lý nước
Một yêu cầu báo giá chi tiết sẽ giúp nhà sản xuất đánh giá được tải thực tế thay vì chỉ đưa ra báo giá cho một loại máy biến áp chung chung. Vui lòng cung cấp sơ đồ một dây, các thông số của hệ thống điện, bảng thông số kỹ thuật máy biến áp, danh sách tải, bảng thông số động cơ, thông tin về biến tần (VFD), các giả định trong nghiên cứu khởi động, mức độ ngắn mạch, nguyên tắc bảo vệ, phương pháp nối đất, thứ tự pha của máy phát điện, điều kiện môi trường, sơ đồ mặt bằng công trường và các giới hạn vận chuyển. Các bản vẽ cần chỉ rõ hướng đi vào của cáp, hướng của các đầu nối, các giao diện với công trình dân dụng và khoảng trống cần thiết cho việc bảo trì.
Công ty Zisheng Electric có thể đánh giá các loại máy biến áp phân phối ngâm dầu, máy biến áp điện và máy biến áp khô dùng cho cơ sở hạ tầng cấp nước và xử lý nước thải. Đối với các công trình lấy nước ở mức điện áp cao hơn hoặc các cơ sở khu vực, một dự án có thể yêu cầu một cấu hình dựa trên một máy biến áp điện lực 35–46 kV; việc xin phê duyệt từ cơ quan quản lý dịch vụ công ích địa phương và các nghiên cứu dự án vẫn là yếu tố thiết yếu.
Để thảo luận về một máy biến áp của nhà máy xử lý nước, vui lòng gửi bản vẽ, bảng dữ liệu, danh sách tải, thông số kỹ thuật, sơ đồ một dây, thông số lưới điện, điều kiện môi trường và các hạn chế tại địa điểm lắp đặt. Đội ngũ kỹ sư của chúng tôi sẽ xem xét các yêu cầu và trả lời các thắc mắc về dự án trong vòng 24 giờ.
Giới thiệu về ZISHENG ELECTRICAL
Zisheng là nhà sản xuất chuyên nghiệp với 19 năm kinh nghiệm Máy biến áp ngâm dầu, Trạm biến áp gọn, Biến Áp Gắn Trên Tấm, Máy biến áp gắn cột và Biến Áp Kiểu Khô. Chúng tôi sở hữu các chứng chỉ ISO/CE/IEC 60076 và TUV Rheinland.
Máy biến áp trải qua kiểm tra FAT và kiểm tra loại nghiêm ngặt, hỗ trợ tùy chỉnh điện áp/công suất. Chào mừng bạn đến tư vấn về Danh mục và Sản phẩm. bạn có thể liên hệ với chúng tôi qua email [email protected].
