Nghiên cứu xây dựng panel giám sát và điều khiển quy trình công nghệ cho nhà máy thủy điện vừa và nhỏ

bộ công thơng Trờng Cao đẳng công nghiệp việt hung Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ đề tài: NGHIấN CU XY DNG PANEL GIM ST V IU KHIN QUI TRèNH CễNG NGH CHO NH MY THU IN VA V NH chủ nhiệm đề tài: Ths. nguyễn việt dũng tham gia thực hiện: Ths. Khuất quang tuấn Ths. Nguyễn hữu sơn ts. Ngô duy hng 7630 01/02/2010 hà nội 12- 2009 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 1 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PANEL GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ ’’ ti nghiờn cu khoa hc cp B B Cụng Thng- Trng CCN Vit Hung 2 Mở đầu 1. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài S phỏt trin nhanh chúng ca khoa hc k thut, cụng ngh thụng tin v cỏc chng trỡnh in toỏn ó lm thay i v phỏt trin ton b h thng kinh t quc dõn trờn ton th gii. Vi s phỏt trin nhanh nn kinh t, cỏc h thng thu thp, giỏm sỏt, x lý d liu v iu khin cỏc quỏ trỡnh cụng nghip Scada (Supervisory Control And Data Acquision) ó xut hin ngy cng nhiu trong cỏc lnh vc nh cụng-nụng nghip, khoa hc v tr, hng khụng, cụng ngh sinh hc, y hc, mụi trng v nhiu lnh vc khỏc. Ngy nay, cỏc thnh tu trong lnh vc t ng hoỏ v cụng ngh thụng tin ó c nhanh chúng ng dng trong h thng t ng iu khin trm phỏt in. Ban u, h thng t ng iu khin trm phỏt in s dng cỏc phn t t ng kiu i n t, sau ú s dng cỏc phn t bỏn dn, vi mch v hin nay ó s dng h thng iu khin s. Nh ng dng k thut vi x lý m ngi ta ó ch to th h nh mỏy thu in c t ng hoỏ cao, thụng minh, cú kh nng thớch nghi vi mụi trng lm vic v vn hnh ti u trong mi ch lm vic. Đề tài: NGHIấN CU XY DNG PANEL GIM ST V IU KHIN QUI TRèNH CễNG NGH CHO NH MY THU IN VA V NH thc hin xõy dng mụ hỡnh mụ phng cu trỳc ca mt trm phỏt in trong nh mỏy thu in va v nh. 2 . Mc ớch ti - Nghiờn cu kho sỏt thc trng h thng thit b in v thit b t ng húa 3 nh mỏy thy in khu vc phớa bc. - Nghiờn cu v cỏc h thng t ng húa trong nh mỏy thy in - Nghiờn cu, thit k, ch to b thớ nghim mụ hỡnh nh mỏy thy in va v nh . Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 3 - Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát SCADA nhà máy thủy điện vừa và nhỏ. - Thiết kế chế tạo bo mạch điều khiển kích từ máy phát điện trong phòng thí nghiệm - Viết phần mềm điều khiển giám sát (SCADA) mô hình nhà máy thủy điện trên máy tính. - Viết phần mềm điều khiển mô hình nhà máy thủy điện dùng PLC. 3. Nộ i dung Thuyết minh đề tài gồm các nội dung sau : - Mở đầu - Các kết quả chính • CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT PHẦN ĐIỆN CỦA 3 NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ THUỘC KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC • CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ • CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐI ỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ • CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM • CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỆ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ • CHƯƠNG 6: PHẦN MỀM GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN - Kết lu ận Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 4 CÁC KẾT QUẢ CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 5 CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT PHẦN ĐIỆN CỦA 3 NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ THUỘC KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC Để khai thác tiềm năng thuỷ điện ở miền núi phía Bắc, Nhà nước đã và đang có những chính sách ưu tiên về nguồn vốn và cơ chế, cho phép các tổ chức kinh tế tư nhân có thể tham gia đầu tư xây dựng và phát triển hàng loạt nhà máy thuỷ đi ện với công suất từ vài trăm KW đến hàng chục MW. Các Dự án thuỷ điện vừa và nhỏ này chủ yếu nằm ở các tỉnh miền núi như Lào cai, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang, thuộc biên giới phía Bắc. Mục tiêu là sản xuất điện bán cho các hộ tiêu thụ điện tại các địa phương thông qua mạng lưới điện quốc gia đang được phát triển tới tận các xã, các bản thuộc các tỉ nh này. Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát ở 3 nhà máy hiện đang phát điện vào lưới hệ thống điện quốc gia hoặc đang trong giai đoạn đầu tư xây dựng, đó là: Thuỷ điện Suối Trát (huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai, công suất 2,4MW), Thuỷ điện Thải Giàng Phố (thị trấn Bắc Hà, huyện Bắc Hà, tỉnh Lào Cai, công suất 1,5MW), Thuỷ điện Thanh Thuỷ (gồm 2 nhà máy: Thanh Thu ỷ bậc 1 công suất 11MW và Thanh Thuỷ bậc 2 công suất thiết kế 9MW, đặt cách nhau 5km thuộc địa phận gần cửa khẩu Thanh thuỷ, tỉnh Hà giang). 1.1. THUỶ ĐIỆN SUỐI TRÁT 1.1.1. Mô tả chung Thuỷ điện Suối Trát thuộc huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai, có công suất thiết kế 2,4MW do chủ đầu tư là Công ty TNHH Thái Bình Minh xây dựng từ năm 2007, hiện nay đã bắt đầu phát điện ổn đị nh vào lưới điện quốc gia với công suất đạt 2,4MW vào mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 9), từ 0,8 – 1,2 MW vào mùa khô. Nhà máy do Trung quốc cung cấp thiết bị chính và lắp đặt. Đây là nhà máy kiểu ống dẫn gồm hệ thống đập chắn mương dẫn nước, cửa nhận nước và đường ống dẫn tới 3 tuốc- bin thuỷ lực kiểu Francis trục ngang, máy phát điện là 3 máy phát Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 6 đồng bộ trục ngang có công suất mỗi máy 800KW (tổng 3 máy là 2.400KW), Cosφ =0,8, điện áp 6,3 KV nối Y, kích từ kiểu tĩnh, máy điều chỉnh điện áp là loại tĩnh, ứng dụng kỹ thuật số với bộ kích từ gồm máy biến áp kích từ và bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng thyristor. Máy điều tốc và ổn định tần số dùng loại điện thuỷ lực kỹ thuật số. Cả hai thiết bị trên cho phép kết nối với mạng SCADA điều khiển toàn nhà máy. Theo sơ đồ nối điện chính nhà máy được thiết kế gồm 3 hợp bộ đơn, với mỗi bộ đơn là 1 máy phát + 1 máy biến áp tăng áp có dung lượng 1.000KVA điện áp 6,3/35 KV nối tam giác/sao. Các bộ đơn kết nối lên thanh cái 35KV của nhà máy và từ thanh cái 35KV qua đường dây xuất tuyến 35KV (trung tính cách ly) dài 3,5km, loại mạch đơn, dây AC - 95, cột BTLT cao 12-18m. Trạm đo đếm điện năng được đặt tại điểm kết nối với lưới HTĐ cách thanh cái 35 KV của nhà máy 3,5km. Trạm được thiết kế kiểu treo gồm hệ thống đo đếm chính và hệ thống đo đếm dự phòng dùng thiết bị đo qui chuẩn kiểu kỹ thuật số, có thể kết nối vào mạng SCADA của nhà máy và mạng SCADA củ a HTĐ khu vực. Để kết nối với lưới HTĐ ngoài trạm đo đếm, đường dây xuất tuyến 35KV, máy biến áp tăng, các thiết bị đóng cắt (máy cắt 35KV lộ tổng, máy cắt 35KV các hợp bộ). Các thiết bị đo lường điều khiển ở lộ tổng còn cần có thiết bị hoà điện. Thiết bị hoà điện của nhà máy là loại kỹ thuậ t số do Trung quốc chế tạo, mạch hoà điện được thực hiện tại máy cắt 35KV lộ tổng lấy tín hiệu từ máy biến áp đo lường ở đầu ra 6,3KV của máy phát và máy biến áp đo lường trên thanh cái 35KV của nhà máy (có biến áp dịch pha). Ngoài ra, ở lộ tổng (máy cắt lộ tổng) cũng được trang bị Rơle đồng bộ kỹ thuật số dùng cho việc đóng máy cắt lộ tổng có ki ểm tra đồng bộ. Điện tự dùng của nhà máy cung cấp cho các thiết bị phục vụ cho quá trình công nghệ , điều khiển các hệ thống làm mát, cung cấp nguồn cho mạch lực, mạch bảo vệ, mạch chiếu sáng và mạch điều khiển các máy cắt, động cơ cần cẩu, máy Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 7 bơm nước, động cơ thuỷ lực, thiết bị nạp ác qui, v.v có tổng công suất điện tự dùng tính toán là 100KW. Nguồn điện tự dùng được cung cấp từ một trong hai máy biến áp: Máy biến áp (TD1) loại 35/0,4 KV, 120KVA lấy điện từ thanh cái 35KV của nhà máy. Máy biến áp (TD2) loại 6,3/0,4 KV, 120 KVA lấy điện từ đầu cực máy phát. 1.1.2. Mạng SCADA và phương thức điều khiển qui trình công nghệ của nhà máy Mạng gồm 1 máy tính chủ đặt ở phòng đìều khiển trung tâm nhà máy liên kết và trao đổi thông tin với PLC đặt tại các tổ máy và 1 PLC điều khiển lộ tổng và cửa nhận nước. Nhiệm vụ: a. Thu thập các dữ liệu, thông số, trạng thái vận hành tại các tổ máy phát, cửa nhận nước, lộ tổng. Tại các tổ máy cần các dữ liệu về : dòng điện, điện áp, công su ất, tần số, cosϕ của máy phát và các thông số của hệ kích từ gồm: điện áp kích từ, dòng điện kích từ, nhiệt độ của kích từ, nhiệt độ các ổ bi, trạng thái đóng cắt của máy cắt, v.v. Ngoài ra còn thu thập thông số về lượng điện năng tác dụng và điện năng phản kháng phát vào lưới của mỗi tổ máy. Cửa nhận nước: là các thông tin về : trạng thái đóng mở, vị trí thực tế của cửa nhận nước, cửa xả, thông tin về nguồn nước. Tại lộ tổng: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp, tần số, điện năng phát và điện năng tiêu thụ, trạng thái của máy cắt, thanh cái, đường dây xuất tuyến, thông tin về lưới hệ thống điện tại điểm k ết nối. b. Truyền tải và lưu giữ các thông tin tại máy chủ và truyền tải các lệnh đóng cắt, điều khiển tăng giảm tới các đối tượng. Điều khiển các tổ máy, đóng mở và tăng giảm lượng mở tại cửa nhận nước được thực hiện trực tiếp (tại chỗ) hoặc gián tiếp (điều khiển từ xa). Trong đó việc Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 8 điều khiển trực tiếp bằng tay tại các tổ máy chủ yếu dùng trong quá trình khởi động, chỉnh định, vận hành thử hoặc kiểm tra định kỳ các tổ máy. Các hình vẽ sơ đồ điện của nhà máy gồm: - Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển toàn nhà máy - Sơ đồ nối điện chính - Sơ đồ hệ thống thiế t bị bảo vệ và đo lường - Sơ đồ mạch điện tự dùng xoay chiều - Sơ đồ phát công suất 1.1.3. Một số hình ảnh về nhà máy thuỷ điện Suối Trát H-1.1 :Nơi thi công thuỷ điện Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 9 H-1.2 :Đang lắp ráp các thiết bị H-1.3:Thiết bị đã lắp ráp xong [...]... mạng điều khiển và giám sát SCADA có kết nối truyền thông với PLC để điều khiển và giám sát các thông số của máy phát Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 19 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ 2.1 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY ĐIỆN Để các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ phát ra điện áp đủ các chỉ tiêu chất lượng điện. .. lượng điện Gần 18% năng lượng điện trên toàn thế giới được sản xuất từ các nhà máy thủy điện Tại Việt Nam vai trò của nhà máy thủy điện là rất quan trọng Nhà máy thủy điện Hòa Bình là nguồn cung cấp điện chính cho đường dây điện cao thế 500 kv Bắc-Nam Ngày nay nhà nước ta đang khuyến khích phát triển các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ nhằm bổ sung nguồn năng lượng điện cho quốc gia Trên cơ sở nghiên cứu. .. qui trình hoạt động và các thiết bị tự động trong 3 nhà máy thủy điện vừa và nhỏ khu vực miền núi phía Bắc ta thấy các nhà máy đều vừa mới xây dựng hoặc nâng cấp từ nhà máy cũ lên Vì vậy nhìn chung các thiết bị điện trong các nhà máy này đều do Trung Quốc sản suất và được lắp ráp đồng bộ Quy trình hoạt động của các nhà máy này đều áp dụng các công nghệ tiên tiến hiện đại như các hệ thống điều khiển. .. khiển tự động, mạng điều khiển và giám sát SCADA nhằm đảm bảo chất lượng điện năng phát ra Trên cơ sở kế thừa các qui trình công nghệ hiện đại trong các nhà máy thủy điện vừa khảo sát Đề tài sẽ thực hiện mô phỏng qui trình hoạt động của nhà máy thủy điện và thực hiện điều chỉnh tự động ổn định các thông số như điện áp, tần số, công suất phản kháng, công suất tác dụng thông qua bộ điều khiển PLC Ngoài ra... hoà điện tại các tổ máy phát thuỷ điện được thực hiện bằng thiết bị tự hoà điện hoặc thiết bị hoà điện chính xác b Chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát: -Điều khiển tổ máy: Được thực hiện hoặc là từ phòng điều khiển trung tâm hặc từ tủ điều khiển tại chỗ\ - Khởi động và dừng tổ máy ở chế độ làm việc bình thường ( bằng tay hoặc tự động) và ngừng tổ máy khi có sự cố - Điều chỉnh điện áp và công. .. các nhà máy thuỷ điện nhỏ hiện nay nhằm tăng tính linh hoạt trong vận hành 1.2.5 Một số hình ảnh về nhà máy H-1.6:Tủ giám sát của nhà máy Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 15 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ H-1.7: Tủ giám sát và điều khiển H-1.8: Hệ thống thiết bị đầu ra Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 16 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ H-1.9:Trạm biến áp Một số sơ đồ mạch điện của nhà máy. .. bình thường, cảnh báo sự cố và đặc biệt là hệ thống thu thập dữ liệu phục vụ cho điều khiển tự động mọi chức năng và tham số cho nhà máy điện theo những cấp độ khác nhau 2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN Các ưu điểm của nhà máy thuỷ điện và công nghệ sản xuất điện năng ở các nhà máy này thể hiện ở chỗ: - Công nghệ sản xuất sạch, không gây ô nhiễm môi trường - Giá thành điện năng rẻ - Tính linh hoạt... là loại thiết bị điện tử số, nhận tín hiệu vào là điện áp 3 pha tại đầu cực của máy phát, sử dụng nguyên lý Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 21 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ điều chỉnh PID theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát Nó cũng có chức năng điều chỉnh hệ số công suất và hằng số dòng điện trường Tại các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ hiện nay khi lựa chọn thiết bị và công nghệ của Trung... máy phát thuỷ điện của nhà máy thuỷ điện Chúng là thiết bị chính thực hiện chức năng điều khiển tự động tại tổ máy 2.3.3 Kỹ thuật hoà đồng bộ trong nhà máy thuỷ điện Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 23 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Hoà đồng bộ là việc đưa các tổ máy phát điện vào làm việc song song để tăng công suất phản kháng của nhà máy điện, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và. .. vụ đó được thay thế bằng máy tính c Cấp điều khiển giám sát Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật Khi đa số chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát, vận hành và xử lý những tình huống . 1: NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT PHẦN ĐIỆN CỦA 3 NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ THUỘC KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC • CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ. tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung 3 - Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát SCADA nhà máy thủy điện vừa và nhỏ. - Thiết kế chế tạo bo mạch điều khiển. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ • CHƯƠNG 6: PHẦN MỀM GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN - Kết lu ận Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Bộ Công Thương- Trường