Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính để xây dựng bài thực hành phục vụ công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thủy theo công ước STCW 2010

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính để xây dựng bài thực hành phục vụ công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thủy theo công ước STCW 2010Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính để xây dựng bài thực hành phục vụ công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thủy theo công ước STCW 2010Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính để xây dựng bài thực hành phục vụ công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thủy theo công ước STCW 2010Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính để xây dựng bài thực hành phục vụ công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thủy theo công ước STCW 2010Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính để xây dựng bài thực hành phục vụ công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thủy theo công ước STCW 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM ĐIỆN ĐIỆN TỬ TRƯỜNGKHOA ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ THUYẾT MINH MINH ĐỀ TÀITHUYẾT NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG (Bold, size 24) ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG ĐỀ TÀI BẢNG ĐIỆN CHÍNH ĐỂ XÂY DỰNG BÀI THỰC HÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHỎNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO CHO MƠ KỸ SƯ ĐIỆNBẢNG TÀU ĐIỆN CHÍNH ĐỂ XÂY DỰNG BÀI THỰC HÀNH PHỤC VỤ THỦY THEO CÔNG ƯỚC STCW 2010 CÔNG TÁC ĐÀO TẠO CHO KỸ SƯ ĐIỆN TÀU THỦY THEO CÔNG ƯỚC STCW 2010 (Bold, in hoa, size 16-30, tùy theo số chữ,… tên đề tài) Chủ nhiệm đề tài: TS ĐÀO MINH QUÂN Thành viên tham gia: KS ĐOÀN HỮU KHÁNH Chủ nhiệm đề tài: TS ĐÀO MINH QUÂN (Bold, size 13, in hoa) Thành viên tham gia: KS ĐOÀN HỮU KHÁNH (Đề nghị ghi rõ học hàm học vị cá nhân) Hải Phòng, tháng /2016 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Nội dung phương pháp nghiên cứu Dự kiến kết nghiên cứu, đối tượng phục vụ Chương GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MÔ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 1.1 Giới thiệu chung hệ thống mơ bảng điện 1.2 Phân tích số chức điều khiển trạm phát điện tàu thủy 12 1.2.1 Chức điều khiển tay 12 1.2.2 Chức điều khiển tự động khởi động, tự động hòa động máy phát lên lưới 14 1.2.3 Chức điều khiển tự động cắt máy phát công tác song song với máy phát khác khỏi lưới 15 1.2.4 Chức điều khiển cắt ưu tiên 17 1.2.5 Các chức báo động, bảo vệ 18 Chương XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 19 2.1 Chế độ điều khiển tay 19 2.3 Thực hành tính báo động, bảo vệ bảng điện 22  Giới thiệu máy tính giáo viên: 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ dây hệ thống mô bảng điện Hình 1.2 Tổng quan mặt trước Panel hệ thống mô bảng điện Hình 1.3 Giao diện hình Menu Hình 1.4 Giao diện hình giám sát máy phát 10 Hình 1.5 Giao diện hình giám vẽ đồ thị điện áp máy phát theo thời gian 11 Hình 1.6 Giao diện hình giám sát lỗi 11 Hình 1.7 Thuật tốn điều khiển khởi động, hoà đồng tay 12 Hình 1.8 Chức chuyển tải dừng máy tay 13 Hình 1.9 Thuật toán tự động khởi động tải nặng 14 Hình 1.10 Thuật tốn tự động khởi động tải nặng 15 Hình 1.11 Thuật tốn tự động cắt máy phát tải nhẹ 17 Hình 1.12 Thuật tốn cắt ưu tiên 18 Hình 2.1 Giao diện hình chủ máy tính giáo viên 22 Hình 2.2 Giao diện hình giám sát máy phát số 23 Hình 2.3 Giao diện hình tạo tình giả định Diesel - Máy phát 23 Hình 2.4 Giao diện hình tạo tín hiệu q tải cho số phụ tải 24 ĐẶT VẤN ĐỀ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Hiện theo yêu cầu công tác đào tạo cho kỹ sư điện tàu thuỷ theo công ước STCW 2010, việc xây dựng, thiết kế giảng, thực hành có khả tương tác cao để phục vụ cho việc đào tạo vô cấp thiết Đối với kỹ sư điện tàu thủy việc khai thác, vận hành trạm phát điện công tác tàu việc làm thường xuyên kỹ vận hành thành thạo trạm phát điện yêu cầu bắt buộc với kỹ sư trước trường Ngoài việc học lý thuyết lớp, làm quen với thực hành nhiều tình giả định thực tế, với việc sử dụng thiết bị mơ bảng điện xây dựng theo chuẩn trạm phát điện thực tế tàu trang bị cho sinh viên kiến thức thực nghiệm quý báu, điều giúp kỹ sư sau trường hồn tồn vận hành thiết bị thật mà không nhiều thời gian cho việc làm quen tìm hiểu Hiện trường đại học cao đẳng thiếu trang thiết bị để thực hành việc vận hành hệ thống trạm phát điện, với thực hành chưa thực đầy đủ Do việc thiết kế, xây dựng thực hành dựa sở hệ thống mơ bảng điện xây dựng giúp sinh viên có nhiều hội để trực tiếp vận hành, khai thác hệ thống Xuất phát từ yêu cầu nêu trên, tác giả đề xuất thiết kế, xây dựng hệ thống thực hành vận hành trạm phát điện tàu thuỷ phù hợp với nội dung phù hợp với chương trình học điều kiện thực tế tàu Vậy việc thiết kế, xây dựng hệ thống thực hành vận hành phục vụ cho công tác đào tạo sỹ quan điện cần thiết có ý nghĩa khoa học Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế, xây dựng hệ thống thực hành phục vụ cho việc đào tạo kỹ sư điện Để học viên thao tác hệ thống mơ bảng điện với thực hành thiết kế đầy đủ, trực quan nhằm mục đích nâng cao chất lượng giảng dạy đáp ứng nhu cầu học tập từ lý thuyết vào thí nghiệm Nội dung phương pháp nghiên cứu Tóm tắt nội dung nghiên cứu: Thiết kế hệ thống bao gồm thực hành vận hành trạm phát điện tàu thuỷ chế độ tay, chế độ tự động, thử chế độ báo động, bảo vệ… sở hệ thống mô bảng điện xây dựng Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, quy trình thao tác vận hành theo yêu cầu đăng kiểm để xây dựng nên thực hành kiểm nghiệm hệ thống mơ hình vật lý Dự kiến kết nghiên cứu, đối tượng phục vụ Dự kiến kết nghiên cứu: Thiết kế hệ thống thực hành, tài liệu quan trọng phục vụ cho việc đào tạo kỹ sư điện theo công ước STCW 2010 Đối tượng phục vụ: Giảng viên, sinh viên, học viên cá nhân quan tâm Chương GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MƠ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 1.1 Giới thiệu chung hệ thống mô bảng điện Thiết bị mơ bảng điện mơ hệ thống cung cấp điện tàu biển Hệ thống xây dựng bao gồm máy phát điện, máy phát (Máy phát số 3) sử dụng tàu đỗ bến trường hợp cố xảy với máy phát máy phát Trong hệ thống mô phỏng, máy phát mô lai động Diesel có thơng số kỹ thuật giả lập sau: - 03 D/G (Diesel generator): Điện áp: 380 V Tần số: 50 Hz Công suất: 100 KW Cos  = 0,85 Tải hệ thống mô thể MCCB cấp cho hệ thống phụ tải đặt bên Panel D G ~ D D G ~ G ~ BUS BARS 380 V 50Hz PĐ PĐ Tải Hình 1.1 Sơ đồ dây hệ thống mô bảng điện Trên bảng điện hệ thống mơ có ba bảng điều khiển máy phát, bảng hòa đồng bảng điện cấp nguồn 220V Hình 1.2 Tổng quan mặt trước Panel hệ thống mơ bảng điện Trên bảng điện điều khiển máy phát (Panel 1, Panel 3, Panel 4) có phần tử sau: - Hệ thống đồng hồ đo cơng suất, điện áp, dịng điện tần số - Hệ thống đèn báo (đèn báo chế độ điều khiển, đèn báo lỗi, đèn báo trạng thái ACB…) - Hệ thống nút ấn (nút ấn chọn chế độ tự động, bán tự động, nút ấn đóng, mở ACB…) - Hệ thống cơng tắc cam (công tắc chọn chế độ điều khiển, công tắc đèn chiếu sáng tủ điện, công tắc chuyển pha đo điện áp) - Màn hình cảm ứng HMI điều khiển giám sát hệ thống - Hệ thống MCCB cấp nguồn cho phụ tải Panel số Panel hòa đồng máy phát, panel có số phần tử sau: - Đồng hồ đo điện trở cách điện, đồng hồ đo dịng điện - Hệ thống đèn tắt (gồm có đèn) - Đồng kế - Hệ thống công tắc cam điều khiển (cơng tắc chọn máy phát hịa đồng bộ, cơng tắc chuyển mạch đo dịng điện, cơng tắc bật - tắt đèn chiếu sáng bảng điện) - Hệ thống MCCB cấp nguồn cho phụ tải Panel số Panel cấp nguồn 220V, panel bao gồm phần tử sau: - Hệ thống đèn báo (đèn báo nguồn 220V, đèn báo chọn biến áp 1, đèn báo chọn biến áp 2…) - Đồng hồ đo điện áp, dòng điện, đồng hồ đo điện trở cách điện - Hệ thống công tắc điều khiển - Hệ thống MCCB cấp nguồn cho phụ tải  Giới thiệu hình cảm ứng HMI: Hình 1.3 Giao diện hình Menu Mỗi bảng điều khiển máy phát có hình hiển thị LCD touch panel LCD touch panel hình vừa hiển thị vừa nhận lệnh vào nhờ ấn nhẹ ngón tay vào nút lệnh hiển thị hình Giao diện Menu bao gồm nút ảo đường link đến giao diện hình khác hình giám sát máy phát, hình giám sát lỗi, biểu đồ cơng suất, dịng điện, điện áp… Hình 1.4 Giao diện hình giám sát máy phát Dòng ngày hệ thống Tiếp theo dịng thơng báo tổng cơng suất tiêu thụ lưới điện áp lưới tần số lưới Chọn máy chủ: Chọn máy máy máy chủ hệ thống hoạt động Các đèn báo chế động điều khiển tay tự động, chế độ điều khiển tự động, bán tự động, đèn báo diesel khởi động, dừng, đèn báo tải nặng… 10 Hình 1.5 Giao diện hình giám vẽ đồ thị điện áp máy phát theo thời gian Với đồ thị trục tung trục điện áp (tương tự với biểu đồ dịng điện tần số), trục hồnh trục thời gian, thay đổi, dao động điện áp vẽ ghi lại Hình 1.6 Giao diện hình giám sát lỗi 11 chuyển tải máy phát cần dừng sang máy phát lại trước mở ACB dừng máy tay 1.2.2 Chức điều khiển tự động khởi động, tự động hòa động máy phát lên lưới START POWER SUPPLY START INTERLOCK NORMAL MODE SELECT SW DC24V POWER MANUAL AUTO READY TO START HEAVY LOAD DETECT NO NO OVER CURRENT DETECT YES DC24V POWER RL ACB OPEN AND YL YES AND YES YL STAND BY CONDITION NORMAL 10 SEC PREF TRIP LCD MANUAL MODE SELECT SW NO INTERRUPTION AUTO OR LCD 1ST STAND-BY AND ENGINE OF STAND-BY GEN START SIGNAL READY TO START YL 1ST STAND-BY LCD G/E START within delay GEN RUN NO INTERRUPTION OR YES RL START FAIL YL ABNORMAL RESET GL NO VOLT BUILD-UP (3SEC) NO 20 SEC YES YL ABNORMAL RESET YES Hình 1.9 Thuật tốn tự động khởi động tải nặng Trong chức này, để hệ thống làm việc “chế độ Auto” việc khởi động hòa đồng máy phát trạng thái Stand – by diễn hoàn toàn tự động Đó trường hợp tải nặng, hoạt động mà máy phát bị cố, điện tồn tàu (blackout), có tín hiệu yêu cầu khởi động gửi đến PMS mà bị thiếu công suất… 14 Trong trường hợp nên trên, PMS tính tốn tự động gửi tín hiệu khởi động máy phát chế độ Stand-by, điều khiển tần số phát lệnh đóng ACB… Tất q trình diễn hồn tồn tự động AUTO SYNCHRO START LCD OR AUTO SYNCHRO NO ASD ABNOR YES SEC NO SYNCHRO DETECT 60 SEC YES YES NO AND YES SYNCHRO FAIL ACB CLOSE SIGNAL LCD YL NO ACB CLOSE ACB OPEN RL ACB CLOSE GL NO NO ACB CLOSE SIGNAL TIMES OR ABNORMAL RESET YES OR YES LCD ACB NON CLOSE YL ABNORMAL RESET OR POWER CONTROL SWITCH MANUAL AUTO SYNCHRO STOP AUTO LOAD SHARING & FREQ CONTROL LCD AUTO SYNCHRO LOAD SHARING & FREQ CONTROL POWER SUPPLY BY PARA RUN END Hình 1.10 Thuật toán tự động khởi động tải nặng 1.2.3 Chức điều khiển tự động cắt máy phát công tác song song với máy phát khác khỏi lưới Chức điều khiển thường kích hoạt trường hợp nhẹ tải Khi máy phát công tác song song mà xảy tượng nhẹ tải Nếu chế độ làm việc “chế độ Auto” PMS điều khiển chuyển tải từ máy phát có mức độ ưu tiên thấp máy công tác song song 15 sang máy phát lại cắt máy phát khỏi lưới nhằm tiết kiệm nguồn nhiên liệu START GEN RUN WL ACB CLOSE RL POWER SUPPLY POWER CONTROL SWITCH MANUAL INTERRUPTION AUTO MODE SELECT SW MANUAL AUTO PARA RUN NO INTERRUPTION YES LIGHT LOAD AUTO STOP CANCEL SW [ON] NO NO YES YES NO 30 SEC YES AUTO LOAD SHIFT START AUTO LOAD SHIFT LCD YES HIGHT POWER DETECT NO AUTO LOAD SHIFT STOP AUTO LOAD SHIFT NO LOAD = 5% YES LCD LOAD SHARING & FREQ CONTROL ACB OPEN SIGNAL ACB OPEN END 16 GL ACB CLOSE RL ACB OPEN AUTO LOAD SHIFT STOP AUTO LOAD SHIFT ENG IDLE RUNNING LCD LCD FREQ CONTROL COOL DOWN 60 SEC POWER SUPPLY BY SINGLE RUN NO YES AND ENG STOP PB [ON] OR END ENG STOP SIGNAL LCD COOL DOWN GL GEN RUN ENG STOP END Hình 1.11 Thuật tốn tự động cắt máy phát tải nhẹ 1.2.4 Chức điều khiển cắt ưu tiên Chức thực tải máy phát bị q tải lưới khơng cịn máy phát trạng thái Stand-by sau khoảng thời gian trễ đặt trước PMS tự động cắt tải theo mức độ ưu tiên khỏi lưới máy phát khơng cịn tình trạng q tải cách gửi tín hiệu cắt đến cuộn Shunt-trip MCCB tương ứng 17 START POWER SUPPLY BY SIGNAL RUN GEN ACB OVER CURRENT (10S) PREF TRIP LCD PREF TRIP YL ABNORMAL RESET START MODE SELECT SW [MANUAL] POWER SUPPLY BY PARA RUN OR ONE GEN ENG ABNORMAL STOP ONE ACB TRIP YL LCD ACB TRIP ABNORMAL RESET ENG STOP PB [ON] ONE ACB OPEN ACB ABNORMAL TRIP OR REMAIN GEN POWER = 100% NO INTERRUPTION YES PREF TRIP LCD PREF TRIP YL ABNORMAL RESET Hình 1.12 Thuật tốn cắt ưu tiên 1.2.5 Các chức báo động, bảo vệ Các thông số báo động kể đến điện áp cao, điện áp thấp, tần số cao, tần số thấp, Diesel dừng tốc, nhiệt độ nước làm mát cao, áp lực dầu bôi trơn thấp… Các thông số bảo vệ máy phát bị công suất ngược, máy phát bị ngắn mạch, tải, áp lực dầu bôi trơn thấp, nhiệt độ nước làm mát cao, diesel bị tốc… 18 Chương XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 2.1 Chế độ điều khiển tay Bài thực hành 1: Khởi động động Diesel lai máy phát điện, cấp điện lên lưới điều chỉnh tần số - Đưa cơng tắc “Chọn chế độ điều khiển” vị trí “Man.” - Ấn nút “Star” Động Diesel khởi động, điện áp tần số tăng lên Khi động Diesel lai máy phát khởi động xong, lúc có trường hợp xảy ra: TH1: Máy vừa khởi động máy phát 3, máy phát hoạt động, theo nguyên tắc máy phát máy phát khơng đóng lên lưới Nếu MCCB điện bờ vị trí “OFF” ACB 1, ACB khơng đóng lên lưới ta đóng ACB nút “Đóng ACB” nút “GB ON” Lúc người vận hành điều chỉnh tần số cách tác động lên cam “Tay ga nhiên liệu” Nếu tần số thấp điều chỉnh ta ga theo chiều tăng, ngược lại tần số cao ta điều chỉnh tay ga theo chiều ngược lại Muốn cắt ACB khỏi lưới, ta ấn nút “Mở ACB” nút “GB OFF” TH2: Máy vừa khởi động lên máy phát máy phát Nếu bus khơng có điện Ta đóng mở ACB ACB TH1 TH3: Máy vừa khởi động lên máy máy Trên Bus có điện ACB máy máy đóng Thì máy cịn lại phải hịa song song với máy cịn lại Quy trình hịa song song máy phát trình bày mục Bài thực hành 2: Hòa song song hai máy phát điện tay - Khi máy phát công tác (máy phát máy phát 2), máy lại muốn đóng lên lưới chế độ tay phải thực theo quy trình hịa song song tay - Giả sử máy công tác, ACB đóng (Nếu tần số khơng 50Hz, ta nên điều chỉnh tần số máy cho 50Hz) 19 - Khi ta khởi động máy xong, bật cơng tắc “Chọn máy phát hịa” sang vị trí “DG2”, lúc đồng kế hệ thống đèn tắt khởi động Nếu chiều quay hệ thống đèn led đồng kế chiều ngược chiều kim đồng hồ (chiều “too slow”), ta điều chỉnh tăng tần số máy Nếu chiều quay đồng kế chiều chiều kim đồng hồ (chiều “too fast”) ta điều chỉnh giảm tần số máy Chọn thời điểm đóng ACB lên lưới đồng kế quay theo chiều kim đồng hồ với tốc độ chậm thời điểm phát lệnh đóng ACB đèn đỏ đồng kế gần đến điểm đèn xanh (điểm mà góc lệch pha điện áp lưới điện áp máy phát 0) Sau hòa xong, lưu ý phải chuyển cơng tắc “Chọn máy phát hịa” vị trí “OFF” Bài thực hành 3: Phân chia tải tác dụng máy phát tay Sau máy phát đóng lên lưới Thì ta tiến hành phân chia tải cho máy phát sau: Điều chỉnh tăng tần số máy giảm tần số máy cách đồng thời để tránh thay đổi tần số hệ thống Khi ta điều chỉnh, công suất máy e tăng lên, công suất máy giảm xuống Bằng cách nhìn vào đồng hồ đo công suất, thấy công suất máy san nhau, ta dừng điều chỉnh, kết thúc việc phân chia tải tay máy phát 2.2 Các chức tự động thiết bị mơ bảng điện Bài thực hành số 4: Tự động khởi động, tự động hòa đồng có lệnh từ người vận hành Giả sử máy cơng tác, ACB đóng, máy trạng thái dừng, chuyển công tắc “chế độ điều khiển” máy phát sang vị trí “auto” ấn nút “1st Stand-by 1” Panel điều khiển máy phát số 2, đèn “1 st Standby sáng” báo máy trạng thái stand-by ấn nút “GB ON” “Close ACB” máy phát có tín hiệu tự động khởi động, tự động hịa máy phát lên lưới Nếu chế độ hoạt động máy 20 tự động (nếu bán tự động chuyển sang chế độ tự động) lúc tần số cơng suất tự động điều chỉnh cân máy Bài thực hành số 5: Tự động phân chia tải Khi máy phát máy phát công tác song song, chuyển công tắc “Chế độ điều khiển” sang vị trí “Auto” Nếu máy chế độ “bán tự động” ấn nút “Tự động” máy để cho máy cơng tác chế độ tự động Lúc tần số công suất máy tự động điều chỉnh cân Bài thực hành số 6: Tự động khởi động máy phát chế độ Standby (sẵn sàng) tải nặng Giả sử máy công tác, máy chế độ “1st stand-by” Khi tải máy chưa 80% Pđm (< 80 kW) ta điều chỉnh đóng số MCCB cho tải tăng lên >=80 kW, đèn báo “tải nặng” HMI sáng báo máy nặng tải Sau thời gian trễ đặt trước 10s có lệnh tự động khởi động hòa đồng máy phát lên lưới Tần số công suất điều chỉnh cân máy đặt chế độ “tự động” (nếu máy đặt chế độ “bán tự động” có tín hiệu khởi động hịa đồng tự động, PMS không chia tải tự động) Bài thực hành số 7: Tự động khởi động máy phát chế độ Standby (sẵn sàng) điện toàn tàu (blackout) Giả sử máy công tác, máy chế độ “1st stand-by” Chuyển công tắc chọn chế độ máy sang vị trí “Manual”, ấn nút “Open” ACB Khi ACB mở có tín hiệu tự động khởi động đóng máy phát lên lưới Tần số công suất điều chỉnh tự động tần số chế độ hoạt động máy phát số đặt chế độ “tự động”, ngược lại chế độ hoạt động máy phát số đặt chế độ “ bán tự động”, tần số máy phát không điều chỉnh tự động Bài thực hành số 8: Tự động cắt máy phát dừng máy công tác song song với máy phát khác 21 Máy phát số mặc định máy phát chủ Người vận hành hồn tồn chọn máy phát máy chủ hình HMI Giả sử máy phát công tác song song, chế độ hoạt động máy chế độ tự động, máy phát máy chủ Ngắt số MCCB phụ tải cho tải máy phát giảm xuống