Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển tổ hợp máy phát điện RMC 14 41 120m 04 tại các giàn khoan của liên doanh dầu khí vietsovpetro

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN TOẢN NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỔ HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN ГМС 14-41-120М 04 TẠI CÁC GIÀN KHOAN CỦA LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ : 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS THÁI DUY THỨC HÀ NỘI - 2006 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nguyễn Văn Toản MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chương - KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH TỔ HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN ГМС 14 -41- 12 OM4 13 1.1 Các thông số kỹ thuật máy phát điện ГМС 14 -41- 12 OM4 13 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc máy phát điện ГМС 14-4112OM4 17 1.2.1 Cấu tạo (các thiết bị mạch động lực) máy phát điện 19 1.2.2 Nguyên lý hoạt động máy phát điện 21 1.2.3 Thiết bị điều chỉnh điện áp BKH – 24 1.2.3.1 Giới thiệu chung 25 1.2.3.2 Cấu tạo điều chỉnh điện áp BKH – 26 1.2.3.3 Nguyên lý hoạt động thiết bị điều chỉnh điện áp BKH – 28 1.2.4 36 Thiết bị điều chỉnh phân phối công suất tác dụng УРМ – 35 Chương - TÍNH TỐN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN MỚI CHO TỔ HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN ГМС 14 -41- 12 OM4 39 2.1 Nguyên lý điều chỉnh để ổn định điện áp công suất máy phát đồng cực lồi 39 2.2 Các nhược điểm thiết bị điều khiển kỹ thuật 42 tương tự cho máy phát điện ГМС 14 -41- 120 OM4 Lựa chọn phương án điều khiển cho tổ hợp máy phát điện ГМС 14 – 41 – 120 OM4 43 2.3.1 Phương án 1: Thay đổi toàn phần mạch động lực thiết bị điều khiển 44 2.3.2 Phương án 2: Giữ nguyên mạch động lực, thay toàn thiết bị điều khiển 46 2.3.3 Phương án 3:Giữ nguyên toàn phần mạch động lực cải tiến thiết bị điều khiển 47 2.4 Tính tốn, thiết kế mạch, lựa chọn thiết bị cho việc cải tiến hệ thống điều khiển máy phát điện theo phương án giữ nguyên toàn phần mạch động lực, cải tiến mạch thiết bị điều khiển 48 2.4.1 Thiết kế sơ đồ điều khiển tốc độ cho tổ hợp máy phát điện ГМС 14 – 41 – 120 OM4 49 2.4.2 Thiết kế sơ đồ tự động điều khiển điện áp kích từ Ukt cho tổ hợp máy phát điện ГМС 14 – 41 – 120 OM4 52 2.4.3 Thống kê tín hiệu vào/ra thiết bị điều khiển 55 2.5 Tính tốn, chọn lựa thiết bị điều khiển thỏa mãn yêu cầu tự động điều chỉnh tốc độ (hay công suất tác dụng) điện áp (hay công suất phản kháng) cho tổ hợp máy phát điện ГМС 14 – 41 – 120 OM4 56 Chương - TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỚI DỰA TRÊN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐÃ CHỌN CHO TỔ HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN ГМС 14 -41- 12 OM4 66 3.1 66 2.3 Tính tốn, thiết kế thuật tốn điều khiển cho tổ hợp máy phát điện ГМС 14 – 41 – 120 OM4 3.1.1 Chương trình điều khiển 66 3.1.1.1 Các bước thực 66 3.1.1.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình 67 3.1.2 Chương trình kiểm tra xử lý cố 69 3.1.2.1 Các bước thực 69 3.1.2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình kiểm tra xử lý cố 71 3.1.3 Chương trình khởi động 74 3.1.3.1 Các bước thực 74 3.1.3.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình khởi động 75 3.1.4 Chương trình ổn định tần số & điện áp 76 3.1.4.1 Các bước thực 76 3.1.4.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình ổn định tần số & điện áp 77 3.1.5 Chương trình hịa đồng 78 3.1.5.1 Các bước thực 78 3.1.5.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình hịa đồng 79 3.1.6 Chương trình điều phối ổn định công suất 81 3.1.6.1 Các bước thực 81 3.1.6.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều phối ổn định cơng suất 82 3.1.7 Chương trình dừng 83 3.1.7.1 Các bước thực 83 3.1.7.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình dừng 84 3.2 Bảng phân cổng vào/ra, chương trình con, biến trạng thái, biến thời gian chương trình điều khiển 84 3.3 Chương trình điều khiển thiết bị PLC chọn 88 3.3.1 Chương trình chính: Block: OB1 “Main Program” 88 3.3.2 Chương trình khởi động 89 3.3.3 Chương trình kiểm tra xử lý cố 90 3.3.4 Chương trình ổn định điện áp tần số 92 3.3.5 Chương trình hịa đồng 95 3.3.6 Chương trình ổn định điều phối cơng suất 98 3.3.7 Chương trình dùng thường hệ thống 102 3.4 Tính tốn, mơ tổ hợp máy phát điện ГМС 14 – 41 – 120 OM4 làm việc song song với lưới 103 3.4.1 Xây dựng sơ đồ mô 103 3.4.2 Nhận xét kết chạy mô 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TT Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Máy phát điện ГМС 14 -41- 12 OM4 13 Hình 1.2 Tủ điều khiển máy phát điện ГМС 14 -41- 12 OM4 13 Hình 1.3 Một góc trạm điều khiển trung tâm hệ thống lượng giàn khoan 14 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện ГМС 14 -41- 12 OM4 18 Hình 1.5 Đồ thị véc tơ dịng điện biến hỗn hợp pha 24 Hình 1.6 Thiết bị điều chỉnh điện áp BKH – 24 Hình 1.7 27 Hình 1.8 Sơ đồ mơ ngun lý điều khiển dịng điện kích từ máy phát điện ГМС 14 -41- 12 OM4 30 Hình 1.9 Đồ thị kết chạy mô 31 10 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý thiết bị УРМ - 35 36 11 Hình 1.11 Thiết bị УРМ - 35 37 12 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp máy phát cách thay đổi phần mạch động lực điều khiển 45 13 Hình 2.2 51 14 Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển dịng điện kích từ thiết bị điều khiển khả trình 54 15 Hình 2.4 Các Block nguồn PS 307 & CPU 314 PLC 62 16 Hình 2.5 Modul cổng vào/ra logic - DI/DO16X24V/0.5A 63 17 Hình 2.6 Modul cổng vào/ra tương tự PLC 64 Sơ đồ nguyên lý thiết bị điều chỉnh điện áp BKH - Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ máy phát điện 18 Hình 2.7 Các tín hiệu đầu vào cho PLC từ máy phát điện 65 19 Hình 3.1 Sơ đồ mô máy phát điện làm việc với lưới có điện áp khác 105 20 Hình 3.2 Đồ thị kết chạy mơ sơ đồ máy phát điện làm việc với lưới có điện áp khác 106 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro (VSP) công ty liên doanh khai thác dầu khí hai nhà nước Việt nam CHLB Nga (Liên xô cũ) Được thành lập từ năm 1981, VSP hoạt động với nhiệm vụ nghiên cứu khoa học, khảo sát thiết kế, khoan thăm dò, khai thác mỏ dầu khí, thu gom vận chuyển dầu khí, cung cấp dịch vụ dầu khí cho tổ chứcViệt Nam quốc tế Từ dầu thương phẩm vào năm 1996, đến VSP khai thác 150 triệu dầu thô đưa vào bờ 13 tỷ mét khối khí, đóng góp phần quan trọng cho cho phát triển đất nước Hiện VSP công ty hàng đầu hoạt động dầu khí Việt Nam vươn lên tầm cỡ quốc tế Hoạt động khai thác dầu khí VSP thực chủ yếu hai mỏ Bạch Hổ Rồng, nằm thềm lục địa phía nam Việt Nam thuộc hải phận tỉnh Bà rịa – Vũng tàu Trên hai mỏ có 13 giàn khoan khai thác dầu khí cố định: giàn khoan MSP-1, MSP-2, MSP-3, MSP-4, MSP-5, MSP-6, MSP-7, MSP-8, MSP-9, MSP-10, MSP-11, MSP- R1, MSP-R3 Trên giàn khoan khai thác dầu khí cố định này, hệ thống cung cấp luợng “module lượng” gồm tổ hợp máy phát điện đồng pha truyền động động Diezel ГМС 14 -41- 12 OM4 làm việc song song với sơ đồ ngun lý trang 09 Mỗi tổ máy có thơng số kỹ thuật sau: công suất định mức: 500KW/625 KVA, điện áp định mức: 380/220V, số pha: pha, tần số: 50 HZ, dòng điện định mức: 904 A, hệ số cơng suất cosψ: 0.8, điện áp kích từ (Ukt) : 64Vdc, dịng điện kích từ (Ikt): Ikt = 108Adc Tổng phụ tải tiêu thụ đến 1500 kW 500KW/625 KVA, 380/220V, pha, 50 HZ, 904 A G1 G2 CB1 G3 CB2 G4 CB3 CB4 MÁY CẮT PHÂN ĐOẠN BUS TIE CB TẢI TẢI TẢI TẢI Sơ đồ nguyên lý “Modul lượng” giàn khoan mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng Liên doanh dầu khí Vietsovpetro Các tổ hợp máy phát điện truyền động động Diezel Liên Xô (cũ) sản xuất, lắp đặt vào cuối năm 80 kỷ trước Các tổ hợp máy phát điện có ưu điểm là: thiết bị mạch động lực động sơ cấp diesel, kết cấu mạch từ, cuộn dây (rotor, stator, kích từ), vỏ, bệ, ổ bi,.v.v tốt, làm việc có độ tin cậy cao, độ bền lớn, dễ sửa 10 chữa thay thế, nguồn phụ tùng dự phòng rẻ tương đối dễ kiếm Hiện tổ hợp máy phát điện truyền động động Diezel sử dụng nhiều giới, đặc biệt cơng trình biển giàn khoan, tàu chứa dầu, tàu biển lớn,.v.v Liên xô (cũ) sản xuất Mặt hạn chế chúng hệ thống/thiết bị điều khiển cịn theo cơng nghệ cũ (điều khiển kỹ thuật tương tự), điều chỉnh điện áp máy phát BKH – (Hình 1.6 & 1.7 Chương 1), điều chỉnh công suất tác dụng YPM 35Φ (Hình 1.8 & 1.9 Chương 1), hòa đồng máy phát vào lưới YСГ Các thiết bị điều khiển bán tự động sản xuất theo cơng nghệ cũ nên có nhiều nhược điểm như: Làm việc khơng xác, độ tin cậy thấp, phản ứng chậm, phụ thuộc nhiều vào người vận hành, khó sửa chữa can thiệp v.v Do nhu cầu thực tế sản xuất ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật, LD dầu khí Viesovpetro cải tiến dần hệ thống cung cấp lượng cho giàn khoan mỏ Bạch hổ mỏ Rồng Hiện kết nối, hòa đồng số trạm lượng số giàn khoan khai thác dầu khí (giàn MSP-1) với trạm lượng có cơng suất lớn (cỡ 12 – 14 MW) giàn trung tâm (giàn cơng nghệ trung tâm CTP-2, giàn nén khí trung tâm CCP, giàn ép vỉa WIP 40.000, giàn ép vỉa WIP 30.000) thông qua hệ thống cáp ngầm đáy biển tạo thành lưới điện khép kín tồn mỏ Tại trạm lượng có cơng suất lớn giàn trung tâm, máy phát điện tổ hợp turbine-generator đại sản xuất theo công nghệ hãng tiếng giới, lúc tổ hợp máy phát điện đồng pha truyền động động Diezel ГМС 14 -4112 OM4 trạm lượng giàn khoan khai thác dầu khí có hệ thống thiết bị điều khiển theo công nghệ cũ, chưa cải tiến nên đặc tính kỹ thuật hai hệ thống chưa thật tương thích với nhau, khả 101 AN = "T_DK_Diezel" "Decrease_F" Network: L L -I L >I = Nếu Um ≤ Ul- 2V đặt trạng thái "M 3.5" "Ul" "Um" // Gia tri doc cong tuong tu cua dien ap luoi // Gia tri tuong duong dien ap 2V M 3.5 //Trang thai Ul-Um>2V Ghi chú: Thang điện áp từ – 1000V tương đương – 212 = 4096 → điện áp 2V tương đương: 4096 x / 1000 ≈ Network: Nếu Um ≥ Ul + 2V đặt trạng thái "M 3.6" L L -I L >I = Network: A AN = A AN = Network: "Um" "Ul" // Gia tri doc cong tuong tu cua dien ap luoi // Gia tri tuong duong dien ap 2V M 3.6 //Trang thai Um-Ul>2V Khi có trạng thái "M 3.5" điều khiển tăng kích từ 10ms Khi có trạng thái "M 3.6" điều khiển giảm kích từ 10ms M 3.5 "T_DK_Kichtu" "Raise_exciter" M 3.6 "T_DK_Kichtu" "Lower_exciter" Khi thỏa mãn điều kiện: Ul - 2V ≤ Um ≤ Ul + 2V and Fl - 0.1Hz ≤ Fm ≤ Fl + 0.1Hz and K3 = ( thời điểm đồng bộ) Thì: xuất lệnh đóng MainCB, sau 500ms giải trừ lệnh đóng MainCB, tắt trạng thái hịa, bật trạng thái ổn định điều phối 102 A AN AN AN AN AN S L SP A R R S "K3" "Delta_F1" "Delta_F2" M 3.5 M 3.6 "MainCB1" Q 0.4 S5T#500MS "T_Doi_hoa" "T_Doi_hoa" Q 0.4 "TT_Hoa" "TT_Dieu_phoi" // Doc tin hieu ro le hoa K3 // Bao trang thai MainCB1 dang mo //Thoi gian de dong MainCB // Giai tru tin hieu dong mainCB // Tat trang thai hoa //Bat trang thai On dinh va Dieu phoi 3.3.6 Chương trình ổn định điều phối công suất: Block: FC5 “CHUONG TRINH CON ON DINH VA DIEU PHOI CONG SUAT” Network: L L +I L +I L +I T Network: Đọc giá trị công suất phản kháng máy, tính tổng cơng suất phản kháng tồn trạm "Q1" "Q2" "Q3" "Q4" "Q_Tong" Tính tổng số máy làm việc song song lưới thong qua đếm số tiếp điểm phụ MainCB 103 L T A L L +I A L +I A L +I A L +I T "N" "MainCB1" "N" "MainCB2" "MainCB3" "MainCB4" "N" Network: L L +I L +I L +I T Network: L L /I Đọc giá trị cơng suất tác dụng máy, tính tổng cơng suất tác dụng tồn trạm "P1" "P2" "P3" "P4" "P_Tong" Tính giá trị "P_TrungBinh" & "Q_TrungBinh" "P_Tong" "N" 104 T L L /I T Network: L L -I L >I = L L +I L I = L L +I L