Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu giải pháp điều khiển cấp điện tự động cho nhà máy từ trạm 110KV doc

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu giải pháp điều khiển cấp điện tự động cho nhà máy từ trạm 110KV Mở đầu Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, việc ứng dụng những thành tựu công nghệ mới vào thực tiến sản xuất diễn ra mạnh mẽ và có những bước đột phá. Đối với công nghệ sản xuất xi măng, là lĩnh vực đòi hỏi mức độ chính xác và an toàn cao, giải pháp tự động hoá có thể coi là tất yếu trong việc giải quy ết những yêu cầu công nghệ cũng như đảm bảo sự an toàn và vận hành liên tục của nhà máy. Hiện nay ngành sản xuất xi măng ở nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ. Đây là một ngành sản xuất công nghiệp chịu sự chi phối rất lớn về công nghệ cũng như thiết bị của nước ngoài. Tuy nhiên, việc phân phối điện năng trong một số nhà máy chưa được tự động hoá. Việc điều phối điện năng và xử lí các phương án cấp điện bằng thiết bị điều khiển khả trình sẽ mở ra những tiềm năng lớn cho việc tối ưu hệ thống cung cấp điện. Nhà máy xi măng Bút Sơn là một trong số những nhà máy hiện đại nhất Việt nam. Toàn bộ nhà máy được n ối mạng theo tiêu chuẩn mạng công nghiệp Ethernet, điều khiển bằng các PLC S5 của Siemen Đức. Việc cấp điện cho toàn bộ nhà máy hiện nay được điều khiển tại chỗ và liên động tự động. Đồ án này thực hiện nghiên cứu giải pháp điều khiển cấp điện tự động cho nhà máy từ trạm 110KV. Đồ án gồm có 5 chương: Chương 1: Mô tả công nghệ. Chương 2 :Giới thiệu về trạm 110kv nhà máy xi măng Bút Sơn Chương 3:Tính chọn các trị số bảo vệ cho trạm 110kv Phân tích hệ thống điều khiển Xác định tín hiệu vào ra Chương 4: Giới thiệu về bộ điều khiểnkhả lập trình PLC S7-200 Chương 5: Thiết kế điều khiển trạm 110kv bằng PLC S7-200. Mô Tả Công Nghệ 1.1 Giới thiệu về nhà máy xi măng Bút Sơn Công ty xi măng Bút Sơn được khởi công xây dựng từ ngày 27 - 08 -1995, có công suất 4000 tấn clinker/ ngày đêm (tương đương 1.4 triệu tấn xi măng/ngày đêm), với số vốn đầu tư là 195.832 triệu USD. Đây là dây truyền sản xuất xi măng hiện đại được đầu tư hoàn toàn bằng vốn trong nước. Nhà máy đặt tại xã Thanh Sơn, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà nam, gần quố c lộ 1, cách Hà nội 60 km về phía nam nên rất thuận tiện cho việc giao thông vận tải. Dây chuyền sản xuất của công ty là kiểu lò quay, phương pháp khô, bao gồm các trang thiết bị hiện đại do các nước Tây Âu chế tạo thuộc loại tiên tiến nhất hiện nay. Toàn bộ dây chuyền sản xuất, từ khâu tiếp nhận nguyên, nhiên vật liệu đến khâu xuất sản phẩm cho khách đều được điều khiển hoàn toàn tự độ ng từ phòng điều khiển trung tâm thông qua hệ thống máy tính và các tủ PLC của hãng Siemens (Cộng hoà liên bang Đức). Việc thiết kế cung cấp thiết bị giám sát, lắp đặt và trợ giúp kĩ thuật do hãng TC CHNIP_dc (Cộng hoà Pháp) thực hiện. Ngoài ra công ty còn được trang bị các thiết bị lọc bụi, xử lí nước thải, chống ồn tốt nhất phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu (EC) góp phần bảo vệ cảnh quan môi trường sinh thái. Công ty có nguồn nguyên liệ u phong phú với chất lượng cao và ổn định rất phù hợp cho việc sản xuất xi măng. Kết hợp với dây chuyền thiết 1 bị hiện đại, hệ thống phân tích nhanh bằng Xquang, chương trình tối ưu hoá thành phần phối liệu và hệ thống điều khiển tự động với hàng nghìn điểm đo, đảm bảo việc giám sát và điều khiển liên tục toàn bộ quá trình sản xuất, duy trì ổn định chất lượng sản phẩm ở mức cao nhất. Các loại sản phẩm chính của công ty là xi măng porland PC 40, PC 50, xi măng h ỗn hợp PCB 30 và các loại xi măng đặc biệt khác theo tiêu chuẩn Việt nam (TCVN), hoặc các tiêu chuẩn khác theo yêu cầu của khách hàng. Sản phẩm xi măng của công ty được đóng trong bao phức hợp KPK, đảm bảo chất lượng xi măng tốt nhất khi đến tay người tiêu dùng. Ngoài ra công ty còn xuất xi măng rời theo yêu cầu của khách hàng một cách nhanh chóng tiện lợi. Xi măng Bút Sơn sử dụng trong các công trình thủy lợi, thủy điện Vớ i mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản xuất, công ty áp dụng hệ thống quản lí chất lượng theo tiêu chuẩn ISO 9002 đã được chứng nhận bởi QUACERT và DVN (Na Uy). Trong tương lai công ty sẽ đẩy mạnh việc xuất khẩu sản phẩm ra nước ngoài. Đồng thời sẽ đầu tư mở rộng xây dựng thêm một dây truyền sản xuất nữa phục vụ người tiêu dùng. 1.2 Những nét chính c ủa dây chuyền công nghệ công ty xi măng Bút Sơn. 1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu Các nguyên liệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi và đất sét người ta còn sử dụng quặng sắt, bô xít và đá silíc làm các nguyên liệu điều chỉnh. Đá vôi khai thác ở mỏ hồng Sơn cách nhà máy 0.6 Km bằng phương pháp khoan nổ mìn, sẽ được bốc xúc lên ô tô có tải trọng lớn (3.2 tấn/xe) để vận chuyển tới máy đập đá vôi. Máy đậ p đá vôi loại IM PACTAPPR 1822 có năng suất trung bình là 600 tấn/giờ. Loại máy này có thể đập được các cục đá vôi có kích thước tới 1 m và cho ra sản phẩm có kích thưóc 70 mm. Sau khi đập nhỏ, đá vôi sẽ được cân và vận chuyển bằng tải cao su để về kho đồng nhất sơ bộ và được rải thành hai đống, mỗi đống 16 000 tấn theo phương pháp rải đống CHEURON và có mức độ đồng nhất là 8:1. Trong kho đồng nhất sơ bộ có máy đ ánh đống loại BAH 17,3 - 1.0 - 600 với năng suất rải là 600 tấn/ giờ và hệ thống băng cào loại BKA 30.01.600 có năng suất từ 35 - 350 tấn/giờ. Đất sét khai thác ở mỏ Khả Phong cách nhà máy 9.5 Km, sẽ được vận chuyển bằng ô tô (20 tấn/xe) tới máy cán răng hai trục có năng suất 250 tấn/giờ. Loại máy này cho phép cán được cục đất sét có kích thước đến 800 mm độ ẩm tới 15% và cho ra sản phẩm có kích thước 70 mm. Sau đó đấ t sét được cân và vận chuyển tới kho đồng nhất sơ bộ và rải thành 2 đống, mỗi đống 7 000 tấn, theo phương pháp rải WINDROW với mức độ đồng nhất là 8:1. Hệ thống cầu rải BEDECHI trong mỗi kho có năng suất rải 250 tấn/giờ và hệ thống cầu xúc loại BEL C150/14 có năng suất từ 15 - 150 tấn/giờ. Quắng sắt khai thác từ Thanh Hoá và Hòa Bình. Thạch cao mua từ Lào, Thái Lan hoặc Trung Quốc. 1.2.2 Nghi ền nguyên liệu và đồng nhất Các cầu xúc đá vôi, đất sét, quặng sắt, bô xít và đá silíc có nhiệm vụ cấp liệu vào các két chứa của máy nghiền. Từ đó qua hệ thống cân định lượng liệu được cấp vào máy nghiền. Máy nghiền nguyên liệu là loại máy nghiền con lăn trục đứng hiện đại PFEIFFER MPS 4750, có năng suất 320 tấn/giờ. Bột liệu đạt yêu cầu sẽ được vận chuyển t ới si lô đồng nhất bột liệu, có sức chứa 20000 tấn, bằng hệ thống máng khí động và gàu nâng. Si lô đồng nhất bột liệu làm việc theo nguyên tắc đồng nhất và tháo liên tục. Việc đồng nhất bột liệu được thực hiện trong quá trình tháo bột ra khỏi si lô. Mức độ đồng nhất của silô này là 10:1. 1.2.3 Hệ thống lò nung và thiết bị làm lạnh Clinker Lò nung của công ty xi măng Bút Sơn có đường kính 4.5 m, chiều dài 72 m, với hệ thống sấy sơ bộ 2 nhánh 5 tầng cùng hệ thống calciner buồng trộn. Năng suất c ủa lò là 4000tấn Clinker/ngày đêm. Lò được thiết Đá vôi Đất sét Phụ gia xi sắt Than Máy đập M á y c á n Máy đập Két chứa Định lượn g Nghiền sấy than Dầu Hâm sấy dầu Thiết bị đồng nhất Két chứa Két chứa Két chứa Định lượng Định lượng Định lượng Lò nung Clinker Thạch cao Máy đập Máy nghiền + sấy Phụ gia Thiết bị làm lạnh Clinker Máy đập Clinker Máy nghiền Xi lô chứa Xi măng Xuất xi măng rời Xi lô chứa ủ Máy đóng bao Xuất xi măng bao Kho đồng nhất sơ bộ Kho đồng nhất sơ bộ Hình 1. Quá trình công nghệ sản xuất xi măng Porland kế sử dụng vòi đốt than đa kênh ROTAFLAM đốt 100% than antraxit trong đó đốt tại Calciner là 60% phần còn lại đốt trong lò. Clinker sau khi ra khỏi lò được đổ vào thiết bị làm nguội kiểu ghi MBH- SA được làm lạnh. Đập sơ bộ clinker thu được sau thiết bị làm lạnh vận chuyển tới 2 si lô để chứa và ủ clinker. Có tổng sức chứa là 220 000tấn. Bột toả hoặc clinker phế phẩm được đổ vào si lô bột toả có sứ c chứa 2 000 tấn có thể rút ra ngoài. 1.2.4 Nhiên liệu Lò được thiết kế chạy 100% than antra xít, đầu MFO chỉ sử dụng trong quá trình sấy lò và chạy ban đầu. Than được sử dụng trong lò là hỗn hợp 40% than cám 3a và 60% than cám 4a. Máy nghiền than là loại máy nghiền con lăn trục đứng PFEIFFER năng suất 30 tấn/giờ. Bột than min được chứa trong 2 két than min, một két để dùng cho lò, một két dùng cho calciner. Than mịn được cấp vào lò và calciner qua hệ thống cân định lượng SCHENSK. 1.2.5 Nghiền s ơ bộ clinker và nghiền xi măng Clinker, thạch cao và phụ gia (nếu có) sẽ được chuyển lên két máy nghiền bằng hệ thống băng tải và gầu nâng. Từ két máy nghiền, clinker và phụ gia sẽ được đưa qua máy nghiền sơ bộ CKP 200 nhằm làm giảm kích thước và làm nứt vỡ cấu trúc để phù hợp với điều kiện làm việc của máy nghiền bi xi măng (kích thước bi lớn nhất trong máy nghiền bi là 70 mm). Sau đó clinker, phụ gia (đã qua nghiền sơ bộ) và thạch cao sẽ được cấp vào máy nghiền xi măng để nghiền mịn. Máy nghiền xi măng là loại máy nghiền bi 2 ngăn làm việc theo chu trình kín có phân ly trung gian kiểu SEPA. Xi măng bột được vận chuyển tới bốn xi lô chứa có tổng sức chứa là 4x10000 tấn, bằng hệ thống máng khí động và gầu nâng. 1.2.6 Đóng bao và xuất xi măng Từ đáy các si lô chứa, phải qua hệ thống cửa tháo xi măng sẽ được vận chuyển tới các két chứa của các máy đóng bao hoặc các hệ thống xuất xi măng rời. Một hệ thống xuất xi măng rời gồm hai vòi xuất cho ô tô, năng suất 100 tấn/giờ và một vòi xuất cho tầu hoả năng suất 150tấn /giờ. Hệ thố ng máy đóng bao gồm bốn chiếc máy đóng bao HAVER kiểu quay và hệ thống cân điện tử năng suất 100tấn/giờ. Các bao xi măng qua hệ thống băng tải sẽ được vận chuyển tới các máng xuất xi măng bao xuống tàu hoả và ô tô. Công ty xi măng Bút Sơn bắt đầu đi vào sản xuất thử từ 29/8/1998 đến đầu tháng 11/1998 công ty đã đưa dây chuyền sản xuất vào vận hành ổn định. Đến tháng 4/1999, sau giai đoạn chạy thử để hiệu chỉnh các thông số cơ, điện, công nghệ hoàn thành, công ty đã bước vào sản xuất chính thức. Cũng kể từ đó lực lượng cán bộ kỹ thuật và công nhân của nhà máy đã tự đứng ra đảm nhận toàn bộ việc vận hành của nhà máy mà không cần có sự giúp đỡ của chuyên gia nước ngoài. Sản xuất của nhà máy liên tục ổn định qua các n ăm, 100% sản phẩm của nhà máy xuất ra đều đạt TCVN. Sản phẩm xi măng Bút Sơn ngày càng được tín nhiệm trên thị trường và được khách hàng ưa dùng. Sản lượng xuất và tiêu thụ qua các năm cụ thể như sau: Năm 1998: - Sản xuất 74.594,20 T clinker 41.314,00 T xi măng - Tiêu thụ 13.218,50 T xi măng Năm 1999: - Sản xuất 793.525,12 T Clinker 452.307,30 T Xi măng - Tiêu thụ 296.676,85 T Clinker 457.848,60 T xi măng Năm 2000: 11 tháng đầu năm 2000 - Sản lượng clinker sản xuất: 955.216,21 tấn đạt 100,02% kế hoạch cả năm. - Sản lượng xi măng xuất : 688.946,54 tấn đạt 105,99% kế hoạch cả năm. - Tiêu thụ : 496.311 tấn Clinker 646.586 tấn xi măng. Năm 2001 sản xuất 1.175.850,1 tấn Clinker. 800.000 tấn xi măng. 1.3 Hệ thống cân của nhà máy 1.3.1 Hệ cân cấp liệu cho máy nghiền thô - Cấp đá vôi: ITEN 1214. Mức cân 35 – 350 T/h. - Cấp đá sét: ITEN 1206. Mức cân 10 – 100 T/h. - Cấp quặng sắt: ITEN 1211. Mức cân 1 – 10 T/h. - Cấp silicat: ITEN 1207. Mức cân 2 –20 T/h. 1.3.2 Cân cấp liệu cho lò Có một cân sử dụng để cấp liệu cho lò là ITEN 318, mức cân 35 – 350 T/h (HASLER). 1.3.3 Cân cấp liệu cho nghiền than: gồm hai cân - 1504A: Mức cân từ 3.5 – 35 T/h (HASLER). - 1504B. 1.3.4 Cân cấp than min: gồm hai cân - Cấp cho PRECALCINER: 1533, mức cân 10 – 100 T/h. - Cấp cho lò nung: 1523, mức cân 0 – 11 T/h. Do SHENCK chế tạo. 1.3.5 Cân cấp liệu cho máy nghiền xi măng: gồm 3 cân - Cấp đá vôi: 1626. Mức cân 10 – 100 T/h. - Cấp thạch cao: 1625. Mức cân 2 – 20 T/h. - Cấp Clinker: 1622. Mức cân 30 – 300 T/h. Do HASLER sản xuất. 1.4 Hệ thống cung cấp điện của nhà máy xi măng Bút Sơn Nhà máy được cấp điện qua hai lộ 110 kV trên không từ Ninh Bình, qua 2 dao cách ly 110KV - rồi qua hai máy cắt 110KV,50Hz dùng khí SF6 cấp cho hai máy biến áp MS-TR-12-1 và MS-TR-12-2. Hai máy biến áp có công suất 16MVAx2 điện áp 110. Điện áp được cấp sau 2 máy biến áp cung cấp cho hai phụ tải dùng 3 sợi cáp 1x240mm (6/10KV) tới hai máy cắt 3 pha ( 2000A,6KV). Điện áp qua hai máy cắt được cấp xuống qua hai thanh cái BusA và BusB, chúng được liên lạc với nhau bằ ng máy cắt 6KV- 2000A. Từ thanh cái 6KV trạm 110m, nguồn được phân phối tới 10 trạm biến áp phân xưởng từ LS1 đến LS10 bằng 10 máy cắt hợp bộ. Các máy cắt này có dòng định mức 1200A, dùng khí SF6. Các máy cắt được tác động bởi hệ thống bảo vệ Sepam. Tại các phân xưởng nguồn 6KV được cấp cho các động cơ cao áp(6KV) và các máy biến áp 6/0.4KV. Điện áp 0.4 KV được cấp cho các tủ MCC và AUX cấp cho phụ tải. Hệ thống chiếu sáng của nhà máy được cấp từ các MBA 50KVA tại các phân xưởng và được đấu móc vòng với nhau. Ngoài ra nhà máy còn dùng máy phát điện dự phòng Diezel có công suất 630KVA cung cấp cho một số tải quan trọng như lò, giàn ghi, khi mất điện lưới. Hệ thống điều khiển PLC của CCR khi mất điện được dự phòng bằng nguồn UPS. Để bảo đảm cosϕ đạt 0.9, nhà máy đặt hai bộ tụ bù tại thanh cái 6kV, thuộc trạm 110kV, có công suất 810 kVar – 77 A và bốn b ộ tụ bù đặt tại thanh cái tủ MVSW ở các trạm LS1, công suất 540 kVar – 48A, LS6 có công suất 1000 kVar – 96A, LS4 công suất 3150 kVar – 377A, LS7 công suất 3000 kVar – 289A. Hệ thống bù cosϕ của nhà máy làm việc tự động. [...]... các thiết bị - Thông số kĩ thuật: o Kiểu: SR 16201 o Uđm = 123kV o Iđm = 16 000A 2.4 Sơ đồ điều khiển đóng cắt phía cao áp 110kV Hai lộ cấp điện của trạm 110kV giống nhau nên ta có thể chỉ cần nghiên cứu sơ đồ cấp điện của một lộ 2.4.1 Điều khiển đóng cắt máy cắt Q50 Với chức năng đóng cắt nguồn cấp cho biến áp 110/6KV máy cắt được dập hồ quang bằng khí SF6 Máy cắt được điều khiển tự động cắt nguồn... hoạt động bình thường, máy catứ phân đoạn vẫn đóng để cấp nguồn chung - Nếu phương án lộ này cấp điện cho MBA kia thì dao cách li Q27 sẽ nối thanh cái 110kv cấp nguồn cho MBA còn lại Khi hai lộ cùng mất điện, hệ thống tự động khởi động máy phát điện cấp điện cho một số phụ tải thiết yếu như lò, giàn ghi,hệ thống làm lạnh, chiếu sáng Khi đó các máy cắt 631,632 sẽ tác động mở ra để cách li mạng điện. .. nhà máy xi măng Bút Sơn Trạm biến áp 110 KV, công ty xi măng Bút Sơn đặt tại đầu dây chuyền sản xuất khu vực nhà máy Trạm có hai máy làm việc độc lập, hai lộ dây có công suất mỗi máy 16 MA Toàn bộ thiết bị của trạm do GECLASTHOM, cộng hoà Pháp, cung cấp Nhiệm vụ của trạm là hạ điện áp từ 110 KV xuống cấp 6 KV cung cấp cho toàn bộ các dây chuyền sản xuất của nhà máy 2.1 Sơ đồ cung cấp điện Từ lưới điện. .. bị cho mạch đóng Q35 c Điều khiển dao cách li Q24 * Điều kiện đóng mở: - Q50 đang mở - Nếu Q24 đóng thì Q34 mở và ngược lại * Q24 được điều khiển ở ba chế độ: - Chế độ điều khiển từ xa (Remote) - Điều khiển tại chỗ (Local) - Chế độ bảo dưỡng (Man) * Điều khiển từ xa - Điều khiển đóng Q24: Đưa khoá S 2224 về vị trí đóng lúc này dao tiếp địa Q34 đã mở trước nên tiếp điểm NF1 kín, K 3411 có điện. .. mạch lực động cơ có điện, M quay qua cơ câú truyền động làm Q38 mở ra Khi Q38 mở hết, tiếp điểm FC01 mở ra cắt điện cuộn hút, đồng thời tiếp điểm FCF1 đóng lại chuẩn bị cho mạch đóng Q38 2.5 Mạch điều chỉnh tự động điện áp MBA 110KV Nguyên tắc điều khiển của mạch là điều chỉnh từng nấc một thời gian điều chỉnh 1 nấc là 4.4 giây Mạch Rơle điều khiển điện áp MBA 110KV * Điều chỉnh tăng điện áp Điều khiển. .. mở: - Q50 đang mở - Nếu Q27 mở, Q28 lộ 2 mở * Q28 được điều khiển ở ba chế độ: - Chế độ điều khiển từ xa (Remote) - Điều khiển tại chỗ (Local) - Chế độ bảo dưỡng (Man) * Điều khiển từ xa - Điều khiển đóng Q28: Đưa khoá S 2228 về vị trí đóng lúc này dao tiếp địa Q38đã mở trước nên tiếp điểm NF1 kín, K 3811 có điện đóng tiếp điểm Lúc này Q27, Q50 lộ 1 và Q 28 lộ 2 đang mở nên mạch điều khiển cấp. .. đóng lại chuẩn bị cho mạch cắt làm việc Đồng thời tiếp điểm S4 ; đóng lại cấp điện cho độngcơ M quay nén năng lượng dự trữ cho lò xo Khi dây cót đã căng, S4 ;bị tác động mở ra cắt điện động cơ M kết thúc quá trình đóng - Điều khiển quá trình cắt: Vặn khoá S 2250 về vị trí cắt, rơ le K50 có điện đóng tiếp điểm < 4-4 0>, chân 1, 3 có nguồn cấp (khi mạch bảo vệ tác động. .. li mạng điện nội bộ của nhà máy với nguồn sự cố Trong sơ đồ còn có trạm tự dùng Trạm này có máy biến áp 6/ 0.38kv và hệ thống chỉnh lưu nhằm cung cấp nguồn 110VDC cho các thiết bị điều khiển Trạm này được đóng cắt bởi máy cắt 642 có dòng định mức là 1250A Do tính chất phụ tải của nhà máy - chủ yếu là động cơ - nên nhà máy rất chú trọng đến việc bù hệ số cosϕ Trên sơ đồ có hai trạm bù lớn 6KV, các tụ... xuất luôn được duy trì điện chiếu sáng Toàn bộ các hoạt động vận hành hệ thống, các chỉ thị, báo động đều được đặt tại nhà điều hành trạm 110kV của nhà máy 2.2.2 Điều kiện cấp điện đến từng lộ Trong quá trình thao tác cấp điện để đảm bảo an toàn và tăng tuổi thọ thiết bị và yêu cầu chất lượng cấp điện cần phải tuân thủ các nguyên tắc sau: a Để đóng máy cắt Q50 cần các điều kiện: - Dao tiếp địa Q38 mở... có đặt máy cắt liên lạc để đóng mạch thanh cái khi có sự cố một trong hai MBA Từ thanh cái điện áp 6 kV qua 10 máy cắt hợp bộ có Iđm bằng 1250 A và 2500A cung cấp điện cho các trạm LS Các máy cắt 110 kV và máy cắt 6 kV đều dùng khí SF6 để dập hồ quang 2.2 Thuyết minh nguyên lý cấp điện 2.2.1 Nguyên lí cấp điện Nhà máy ximăng Bút sơn được cấp điện từ Ninh Bình bởi hai lộ 175 và 176 có điện áp 110kV Hai . Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu giải pháp điều khiển cấp điện tự động cho nhà máy từ trạm 110KV . chỗ và liên động tự động. Đồ án này thực hiện nghiên cứu giải pháp điều khiển cấp điện tự động cho nhà máy từ trạm 110KV. Đồ án gồm có 5 chương: Chương