Khảo sát máy phát điện 330 MW làm mát bằng hydro, mô phỏng bằng phần mềm matlab các chế độ vận hành của nó

iii LỜI CẢM TẠ Qua thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu ngành “Thi ết bị, mạng & Nhà máy điện” tại Trường ĐH SPKT TP HCM, cùng với sự nhiệt t ình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo, dạy dỗ của quý thầy cô đến nay tôi đ ã hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này. Trước hết tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trư ờng, Ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử và Phòng quản lý sau đại học Trư ờng ĐH SPKT TP HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghi ên cứu nâng cao trình độ, và thực hiện tốt đề tài trong thời gian qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy Nguyễn Hoàng Việt đ ã nhiệt tình hư ớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tậ p cũng như trong quá trình thưc hiện luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô giảng dạy đã t ận tâm chỉ dẫn, truyền đạt thêm những kiến thức chuyên môn cho tôi trong su ốt quá trình theo học tại Trư ờng. Xin gởi lời cảm ơn đến các thành viên hội đ ồng chỉnh sửa, phản biện góp ý cho tôi để tôi hoàn thành được luận văn của mình. Ngoài ra tôi cũng xin được nói lời cảm ơn đế n các anh chị học vi ên trong lớp cao học 2010a đã cùng tôi đoàn kết, gắn bó vư ợt qua khoảng thời gian dài học tập. Có được thành công này cũng nhờ vào động viên giúp đ ỡ của bạn bè, lãnh đạo Công ty nhiệt điệ n Cần Thơ, nơi tôi đ ang công tác, tôi xin được ghi ơn tất cả mọi người Trân trọng. TP Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 11 nă m 2012 Học viên Nguyễn Thành Trung iv TÓM TẮT Tên đề tài: ‘‘Khảo sát máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro, mô phỏng bằng phần mềm Matlab các chế độ vận hành của nó” Thời gian thực hiện: từ tháng 02 năm 2012 Địa điểm nghiên cứu: Nhà máy điện Ô Môn – Công ty Nhiệt điện Cần Thơ Nội dung luận văn gồm có Chương 1: TỔNG QUAN Giới thiệu chung về tình phát kinh tế, nhu cầu lắp mới các nhà máy có công suất lớn. Giới thiệu nhà cung cấp Misubishi, thời gian ra đời của các loại máy phát 330 MW làm mát bằng Hydro, những ư u đ iểm của khí Hydro khi sử dụng làm mát máy phát. Giới thiệu sơ lược về tổ máy 330 MW lắp đặt ở nhà máy Ô Môn, hệ thống điều khiển DCS và phần mềm đ iều khiển Diasys Netmation, giới thiệu đặt tính kỹ thuật máy phát điện, các đường cong giới hạn thông số vận hành máy phát. Nêu mục đích của đề tài: Hiểu rõ thiết bị đang quản lý vận hành, sửa chữa một cách sâu sắc hơn, hiểu rõ các chế độ vận hành bình thường, bất thường của máy phát để nâng cao tính chủ động, đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc, góp phần ổn định hệ thống điện khu vực Miền Tây. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, CÁC PHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VỀ MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ Nghiên cứu mô hình lý thuyết, mô hình toán học, các phương trình cơ sở tính toán của máy phát điện đồng bộ 3 pha. Quá trình chuyển hóa năng lượng từ trường từ Stator đến Rotor và ngược lại. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHẦN MỀM SIMULINK TRÊN MATLAB. Từ các công thức toán học, các công cụ mô phỏng trong simulink trên matlab, thực hiện mô phỏng máy phát điện đồng bộ 3 pha với các thông số đầu vào tác đ ộ ng lên máy phát là điện áp lưới, điện áp kích từ, mô ment cơ khí tác dụng lên trụ c rotor của máy phát và thông số đầu ra cần khảo sát là điện áp, dòng điện stator, công suất hữu công, vô công, điện áp kích từ, góc sông suất. v CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ CHẠY MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỔ PHA. Thực hiện viết chương trình nhập các thông số của máy phát điện cần khảo sát, chương trình tính toán các thông số cơ bản, gọi tên chương trình để chạy mô phỏng máy phát và suất ra các thông số cần khảo sát dưới dạng đồ thị theo thời gian. Nhận xét đánh giá kết quả thực hiệ n được, so sánh với mội vài điều kiện vận hành thực tế thử nghiệm được trên máy phát 1 trường hợp sự cố thực sự trên máy phát. Các chế độ vận hành mô phỏng khảo sát trong luận văn;  Mô phỏng vận hành bình thường máy phát điện với các thông số đ ịnh mức  Mô phỏng vận hành máy phát điện trong trường hợp thiếu kích từ  Mô phỏng vận hành máy phát điện trong trường hợp quá kích từ  Mô phỏng vận hành máy phát điện trong trường hợp mất kích từ  Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp điện áp lưới thấp  Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp điện áp lưới cao  Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp mất công suất thực  Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp mất điện áp Kết luận. vi ABSTRACT Topic name: '' Investigation on a 330 MW hydrogen-cooled generator using Matlab software for simulating its operation modes" Duration: from January 02, 2012 Study sites: O Mon Thermal Power Plant - CanTho Thermal Power Company Limited This thesis consists of the following parts : Chapter 1: OVERVIEW General introduction about the economic development and the need for new installation of large capacity plants. Introduction on Mitsubishi’s providers, the time of release of the 330 MW hydrogen-cooled generators, and the advantages of hydrogen used to cool the generator. General introduction on the 330 MW hydrogen-cooled generators installed in O Mon thermal power plants, Distributed Control System and its Diasys Netmation software. Introduction on the specification, the capability curves and the operating parameters of generator The purpose of the project: to fully comprehend the devices and equipment is for the purpose of managing the operation and maintenance; to understand the generator in normal and abnormal operation modes for the purpose of improving activeness, safety and reliability during its working state; to make the contribution for the stabilization of the power system in Southwest of Vietnam Chapter 2: THEORETICAL BASIS, THE EQUATIONS TO SIMULATE THE SYNCHRONOUS GENERATOR The study on the theoretical models, the mathematical models and the basis equations for calculating of 3-phase synchronous generator; the transformation process of magnetic power from Stator to Rotor and vice versa. CHAPTER 3 : SIMULATION OF THE 3 - PHASE SYNCHRONOUS GENERATOR USING MATLAB SIMULINK. vii From the mathematical equations and the tools for simulation from Matlab Simulink, a simulation of the 3-phase synchronous generator is performed with input parameters of the grid voltage, the excitation voltage and mechanical moment acting on the rotor’s axis of the generator and the output parameters to examine are the voltage, the stator current, the active power, the reactive power, the excitation voltage and the power angle. CHAPTER  : PROGRAMMING THE SIMULATION AND THE SIMULATED RESULTS OF THE 3-PHASE SYNCHRONOUS GENERATOR. Programming the simulation with inputs as the parameters of the generator under examination, the program to calculate the basic parameters, calling for functions to simulate the generator and output the values desired for the examination in the form of time-based graphs. Comments and conclusions on the results achieved and the comparison of this with some practical operation conditions that can be tested on the generator and an event that has happened on the generator in the past.  The simulations of generator operation in the normal condition at the rated parameters.  The simulation of generator operation in case of under - excitation  The simulation of generator operation in case of over - excitation  The simulation of generator operation in case of excitation loss  The simulation of generator operation in case of voltage decrease of the power grid.  The simulation of generator operation in case of voltage increase of the power grid.  The simulation of generator operation in case of active power loss  The simulation of generator operation in case of voltage loss.  viii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân ……………………………………………………………………… i Lời cam đoan ……………………………………………………………………… ii Cảm tạ ……………………………………………………………………………… iii Tóm tắt ………………………………………………………………………………. iv Mục lục …………………………………………………………………………… viii Danh sách các chữ viết tắt ………………………………………………………… xi Danh sách các hình …………………………………………………………………. xii  Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung: 1 1.2. Giới thiệu sơ lược về nhà máy Ô Môn 2 1.3. Giới thiệu về máy phát điện 5 1.3.1. Thông số kỹ thuật máy phát điện 330 MW 5 1.3.2. Sơ bộ cấu tạo máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro 7 1.3.3. Hệ thống điều khiển nhà máy 13 1.3.4. Đặc tuyến P – Q củ a máy phát 21 1.3.5. Đặt tuyến hình V của máy phát đồng bộ. 27 1.3.6. Giới thiệu bộ tự động điều chỉnh điện áp 31 1.4. Hướng nghiên cứu 33 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT, CÁC PHƯƠNG TRÌNH TOÁN HỌC VỀ MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 2.1. Mô hình máy phát điện đồng bộ. 34 2.2. Sơ đồ tương đương máy phát đồng bộ 35 2.3. Các phương trình toán học. 36 2.3.1. Các phương trình mạch stator. (Stator circuit equations) 37 2.3.2. Hỗ cảm các cuộn dây stator. (Stator mutual inductances) 38 ix 2.3.3. Hỗ cảm giữa stator và rotor. 39 2.3.4. Các phương trình mạch rotor. (Rotor circuit equation) 40 2.4. Phép biến đổi dq0. (the dq0 transformation) 41 2.4.1. Phương trình từ thông Stator trong hệ quy chiếu dq0. 43 2.4.2. Phương trình từ thông rotor trong hệ quy chiếu dq0 43 2.4.3. Phương trình điện áp stator trong hệ quy chiếu dq0 44 2.4.4. Phương trình công suất và moment. 45 2.5. Phương trình toán học trong hệ đơn vị tương đối. 46 2.5.1. Các giá trị cơ bản stator. 46 2.5.2. Phương trình điện áp stator trong hệ đơn vị tương đối. 47 2.5.3. Phương trình điện áp rotor trong hệ đơn vị tương đối. 49 2.5.4. Phương trình từ thông stator trong hệ đơn vị tương đối. 49 2.5.5. Phương trình từ thông rotor trong hệ đơn vị tương đối. 50 2.5.6. Hệ đơn vị tương đối cho rotor. 50 Chương 3. MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHẦN MỀM SIMULINK TRÊN MATLAB 3.1. Biểu thức Mô ment 59 3.2. Phương trình chuyển động khối Rotor 59 3.3. Biểu thức Môment, phương trình chuyển động trong hệ đơn vị tương đối. 60 3.4. Mô phỏng các thông số đầu vào máy phát 61 3.5. Mô phỏng sơ đồ khối các biến trên trục dq 63 3.5.1. Mô phỏng trên trục q 63 3.5.2. Mô phỏng trên trục d 65 3.6. Mô phỏng moment, vận tốc góc và góc lệch pha 68 3.7. Mô phỏng kết nối tục dq và Rotor máy phát 70 3.8. Mô phỏng khối sin ; cos 71 3.9. Mô phỏng khối chuyển đổi dòng điện từ trục dqr sang trục abc 72 x 3.10. Mô phỏng khối xuất dữ liệu từ máy phát ra P; Q, I, V. 73 Chương 4. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ CHẠY MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA 4.1. Viết chương trình nhập thông số máy phát điện đồng bộ 3 pha. 75 4.2. Viết chương trình chạy mô phỏng và tính toán các thông số máy phát trong đơn vị tương đối. 75 4.3. Kết quả chạy mô phỏng 77 4.3.1. Kết quả mô phỏng chế độ vận hành máy phát điện đồng bộ 3 pha với các thông số ở định mức. 77 4.3.2. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ thiếu kích từ 80 4.3.3. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ quá kích từ. 84 4.3.4. Kết quả mô phỏng vận hành máy phát ở chế độ mất kích từ 88 4.3.5. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ đ iện áp thấp 92 4.3.6. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ đ iện áp cao 95 4.3.7. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ mất công suất thực 99 4.4. Kết luận 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 1. FILE “NHAPTS_MF” 108 PHỤ LỤC 2. FILE “ CT_MOPHONG” 109 xi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ACS Accessory Station AMS Engineering Management System APC Automatic Plant Control APS Automatic Plant Start – up /Shutdown AVR Automatic Voltage Regulation BMS Burner Management System BOP Balance Of Plant CSC Common System Control D – AVR Digital – Automatic Voltage Regulation DCS Distribution Control System DEH Digital Electrical Flash Hydraulic Control System EVN Electric of VietNam FO Heavy Fuel Oil GPR Generator Protection Relay HDS Historical Data Storage I/O Input/Output JBIC Japan Bank for International Cooperation MC Mitsubishi Corporation MHI Mitsubishi Heavy Industries MPS Multiple Process Station ODA Official Development Assistance OPS Operation Station TEPSCO Tokyo Electric Power Service Co. Ltd TPR Transformer Protection Relay xii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Biểu diễn dãy công suất của máy phát theo chế độ làm mát của nhà sản xuất Mitsubishi 1 Hình 1.2: So sánh đặt tính của khí Hydro với không khí và nước 2 Hình 1.3: Lễ khởi công xây dựng nhà máy nhiệt điện Ô Môn 3 Hình 1.4: Cảnh quan 3D nhà máy Ô Môn 1 3 Hình 1.5 Sơ đồ mặt cắt dọc máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro 7 Hình 1.6 Cấu trúc lõi Rotorcủa máy phát. 8 Hình 1.7 Cấu trúc cuộn dây Roto 8 Hình 1.8 Sơ đồ thông gió làm mát cho Rotorcủa máy phát 9 Hình 1.9 Bộ chèn khí Hydro bằng dầu 9 Hình 1.10 Bảo vệ điện thế trục Roto 11 Hình 1.11 Hệ thống vành trượt và chổi than máy phát. 12 Hình 1.12 giao diện phần mềm Diasys Netmation của Mitsubishi 13 Hình 1.13 Cấu trúc tổng quan của hệ thống DCS 14 Hình 1.14 Cấu hình phần cứng một bộ điều khiển MPS 15 Hình 1.15 Tiến trình khởi động tự động tổ máy ở APS 16 Hình 1.16 Tiến trình ngừng tự độ ng tổ máy theo APS 17 Hinh 1.17 Các trang màn hình điều khiển 18 Hình 1.18 Giao diện theo dõi thông số vận hành máy phát điện 19 Hình 1.19 Giao diện theo dõi thông số nhiệt độ máy phát điện 20 Hình 1.20 Giao diện theo dõi thông số điện máy phát 21 Hình 1.21 : Đặt tuyến P – Q máy phát 330 MW làm mát bằng khí Hydro 22 Hình 1.22: Sơ đồ thay thế máy điện đơn giản và Giản đồ véc tơ trạng thái xác lập 23 Hình 1.23: Giới hạn nhiệt do dòng kích từ và dòng phần ứng 24 Hình 1.24: Giới hạn nhiệt vùng biên 26 [...]... thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator của máy phát vận hành ở chế độ mất công suất 100 Hình 4.7 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công của máy phát vận hành ở chế độ mất công suất 100 Hình 4.7 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và moment máy phát vận hành ở chế độ mất công suất 101 Hình 4.7 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng điện tức thời máy phát vận hành. .. nghiệm giảm kích từ máy phát 83 Hình 4.3 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator máy phát vận hành ở chế độ quá kích từ 85 Hình 4.3 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công của máy phát vận hành ở chế độ quá kích từ 85 Hình 4.3 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành ở chế độ quá kích từ 86 Hình 4.3 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích... suất và môment của máy phát vận hành trong trường hợp mất kích từ 90 xiv Hình 4.4 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời máy máy vận hành trong trường hợp mất kích từ 91 Hình 4.5 (a) Mô phỏng điện áp, dòng điện stator máy phát vận hành trong trường hợp điện áp lưới thấp 93 Hình 4.5 (b) Mô phỏng công suất hữu công và vô công máy phát vận hành trong trường hợp điện. .. suất hữu công và vô công của máy phát vận hành trong trường hợp điện áp lưới cao 96 Hình 4.6 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành trong trường hợp điện áp lưới cao 97 Hình 4.6 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và đòng tức thời máy phát vận hành trong trường hợp điện áp lưới cao 97 Hình 4.6 (e) Các thông số của máy phát trong sự cố điện áp cao ngày 26/04/2011... ngắn mạch phần ứng (Armature Short Circuit Time Constant ta) 0,59 sec Điện trở cuộn dây kích từ ở 95oC là 0,1043 Ω 1.3.2 Sơ bộ cấu tạo máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro Máy phát đồng bộ, rotor hình trụ, đặt nằm ngang, làm mát máy phát bằng khí Hydro và Hydro được làm nguội bằng nước thông qua bộ làm mát khí Hydro đặt phía trên stator máy phát (Hình 1.5) Kích từ máy phát được cung cấp qua máy biến... stator vận hành ở chế độ quá kích từ 86 Hình 4.3 (e) Các thông số thực tế trong quá trình thử nghiệm quá kích từ máy phát 87 Hình 4.4 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp, dòng điện stator máy phát vận hành trong trường hợp mất kích từ 89 Hình 4.4 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công, vô công của của máy phát vận hành trong trường hợp mất kích từ 90 Hình 4.4 (c) Đồ thị mô phỏng. .. phát vận hành ở chế độ mất công suất 101 Hình 4.8 (a) Đồ thị mô phỏng Điện áp và dòng điện Stator vận hành trong trường hợp mất điện áp lưới 103 xv Hình 4.8 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công máy phát vận hành trong trường hợp mất điện áp lưới 103 Hình 4.8 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment tức thời máy phát vận hành trong trường hợp mất điện áp lưới... Hình 4.5 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và moment máy phát vận hành trong trường hợp điện áp lưới thấp 94 Hình 4.5 (d) Đồ thị mô phỏng dòng điện kích từ và dòng tức thời stator vận hành trong trường hợp điện áp lưới thấp 94 Hình 4.6 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp dòng điện stator máy phát vận hành trong trường hợp điện áp lưới cao 96 Hình 4.6 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu... số và các rơ le khóa) có thể làm việc chọn lọc hoặc phối hợp khi có sự cố MPĐ Hình 1.18 Giao diện theo dõi thông số vận hành máy phát điện HVTH GVHD: PGS TS Hình 1.19 Giao diện theo dõi các thông số nhiệt độ máy phát Hình 1.20 (a) Giao diện theo dõi các thông số điện máy phát HVTH GVHD: PGS TS Hình 1.20 (b) Giao diện theo dõi các thông số điện máy phát 1.3.4 Đặc tuyến P – Q của máy phát Máy phát đồng... dòng điện đưa vào rotor thông qua bộ vành trượt chổi than (hình 1.11) lắp đặt ở đầu rotor Hai quạt làm mát đối lưu khí Hydro lắp ở 2 đầu rotor rút khí hydro đã được làm nguội sau khi qua bộ trao đổi nhiệt làm nguội khí hydro, đi vào bên trong máy phát làm mát các cuộn dây rotor, stator rồi đi đến bộ làm nguội Hydro, làm thành vòng tuần hoàn kín Hình 1.5 Sơ đồ mặt cắt dọc máy phát điện 330 MW làm mát bằng . Học viên Nguyễn Thành Trung iv TÓM TẮT Tên đề tài: ‘ Khảo sát máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro, mô phỏng bằng phần mềm Matlab các chế độ vận hành của nó Thời gian thực hiện:. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ thiếu kích từ 80 4.3.3. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ quá kích từ. 84 4.3.4. Kết quả mô phỏng vận hành máy phát ở chế độ mất kích. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ đ iện áp thấp 92 4.3.6. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ đ iện áp cao 95 4.3.7. Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ mất công