Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính tàu TT200 để xây dựng bài thực hành

LỜI CẢM ƠN Q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa hội nhập kinh tế giới đưa nước ta phát triển nhiều mặt, đặc biệt ngành giao thơng vận tải có đóng góp quan trọng cho kinh tế Cùng với đường bộ, đường sắt đường không, vận tải đường thủy có bước phát triển lớn tiếp nhận cơng nghệ đóng tàu đại, mở nhiều cảng nước sâu để đón tàu hàng chục vạn vào cảng Đặc biệt việc đào tạo thuyền viên, kỹ sư giỏi có khả làm chủ tàu đại có bước dài vững Việc áp dụng cơng nghệ tiên tiến, cơng nghệ có tính ứng dụng cao làm tăng hiệu khải thác tàu đồng thời làm giảm thiểu hạn chế Trải qua năm học tập rèn luyện trường, em bước vào kì học cuối làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian tốt nghiệp, em học làm thầy Khoa Thiết bị mơ bảng điện mô hệ thống cung cấp điện tàu Cảnh sát biển TT200 Sau đó, em thầy tin tưởng giao cho đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mơ bảng điện tàu TT200 để xây dựng thực hành” Nhờ tận tình dìu dắt, bảo thầy giáo hướng dẫn TS.Đào Minh Quân trợ giúp thầy cô khoa Điện – Điện tử với chung sức bạn sinh viên, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên kiến thức chun mơn cịn nhiều hạn hẹp, kinh nghiệm cịn nên đề tài khơng tránh khỏi thiết sót Nên em mong nhận góp ý thầy, cô Khoa để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung số liệu đề tài em tự thu thập nghiên cứu, khơng có chép lại tác giả khác Hải Phòng, ngày 11 tháng 05 năm 2016 Sinh viên thực hiện: Phạm Xuân Bách MỤC LỤC MỞ ĐẦU Ý nghĩa mơ hình Đối tƣợng phục vụ Nội dung nghiên cứu Chƣơng GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 1.1 Trạm phát điện tàu thủy 1.2 Phân loại thông số trạm phát điện tàu thủy 1.3 Giới thiệu chung hệ thống mô bảng điện 1.3.1 Bảng điện 1.3.2 Thông số kỹ thuật số phần tử 11 + Thông số kỹ thuật đồng hồ 11 + Thông số kỹ thuật số cam điều khiển 13 + Module đèn báo, nút ấn 16 + Màn hình cảm ứng HMI 18 1.3.3 Phân tích số chức điều khiển trạm phát điện tàu thủy 22 Chƣơng XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 30 2.1 Chế độ điều khiển tay 30 2.2 Chế độ điều khiển tự động 30 2.3 Thực hành tính báo động, bảo vệ bảng điện 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 KẾT LUẬN 40 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Hình 1.1 Sơ đồ dây hệ thống mơ bảng điện Hình 1.2 Hình 1.3 Tổng quan mặt trước Panel hệ thống mô bảng điện Vơnmet - Ampemet Hình 1.4 Kích thước Ammeters Volmeters Hình 1.5 Sơ đồ dây Ammeters Volmeters Hình 1.6 Hình dáng tay cầm loại cơng tắc sử dụng Hình 1.7 Hình dáng kích thước mặt trước Hình 1.8 Kích thước cutout Hình 1.9 Mạch điện cam đo dịng điện điện áp Hình 1.10 Bản vẽ mạch in Hình 1.11 Kích thước mạch in Hình 1.12 Giao diện hình Menu Hình 1.13 Giao diện hình giám sát máy phát Hình 1.14 Giao diện hình giám sát vẽ đồ thị điện áp máy phát theo thời gian Hình 1.15 Giao diện hình giám sát lỗi Hình 1.16 Thuật tốn điều khiển khởi động, hồ đồng tay Hình 1.17 Chức chuyển tải dừng máy tay Hình 1.18 Thuật tốn tự động khởi động tải nặng Hình 1.19 Thuật tốn tự động khởi động tải nặng Hình 1.20 Thuật tốn tự động cắt máy phát tải nhẹ Hình 1.21 Thuật tốn cắt ưu tiên Hình 2.1 Giao diện hình chủ máy tính giáo viên Hình 2.2 Giao diện hình giám sát máy phát số Hình 2.3 Giao diện hình tạo tình giả định Diesel Máy phát Giao diện hình tạo tín hiệu q tải cho số phụ tải Hình 2.4 Trang 9 11 12 13 13 14 15 16 17 18 19 20 21 21 22 24 25 26 28 29 34 34 35 35 MỞ ĐẦU Ý nghĩa mơ hình: Đối với sinh viên ngồi việc học lí thuyết lớp chưa đủ mà quan trọng việc khai thác, vận hành trạm phát điện công tác thực tế tàu Cụ thể qua mơ hình này, sinh viên làm quen với tình giả định giống với thực tế để xử lí nhanh chóng, hiệu đạt u cầu đề nhiệm vụ, công việc công tác tàu Điều giúp kỹ sư trẻ sau trường tích lũy học, kinh nghiệm quý báu khai thác, vận hành tốt thiết bị thực tế mà khơng nhiều thời gian làm quen, tìm hiểu nghiên cứu Hiện trường đại học cao đẳng nước ta có thiết bị phục vụ cho thực hành trạm phát điện tàu thủy Tuy nhiên, trang thiết bị chưa đầy đủ với thực hành chưa thực bám sát với thực tế Thiết bị mô bảng điện mơ hệ thống cung cấp điện tàu Cảnh sát biển TT200 đời dựa yếu cầu cấp thiết nói nhằm phục vụ việc giảng dạy, học tập Trung tâm huấn luyện Cảnh sát biển Vậy việc xây dựng thực hành thiết bị mô quan trọng, cần thiết có ý nghĩa khoa học công tác đào tạo sĩ quan điện Đối tƣợng phục vụ: Giảng viên, sinh viên, kỹ sư học tập, nghiên cứu trường đại học, cao đẳng trung tâm huấn luyện thuyền viên mà cụ thể Trung tâm huấn luyện Cảnh sát biển Nội dung nghiên cứu: Sơ lược thiết bị mơ bảng điện Mơ hình coi trang bị tốt để học viên học tập trực quan phần tử bảng điện Qua sửa chữa, khắc phục cố hay lỗi nhỏ vận hành Các học xây dựng sẵn giúp giáo viên chủ động đưa tình thực tế xảy cố vận hành thật để học viên xử lí, làm quen Qua mơ hình này, học viên thực hành tập, vận dụng lý thuyết học để nắm vững chuyên môn tay nghề CHƢƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 1.1 Trạm phát điện tàu thủy: Trạm phát điện tàu thủy làm nhiệm vụ cung cấp truyền tải phân bố lượng điện cho thiết bị điện Tất thiết bị điện để vận hành tàu lớn hầu hết sử dụng nguồn lượng điện, điện đóng vai trò rết quan trọng định đến sống tàu Từ thiết bị máy móc điện hang hải như: vô tuyến, VHF, Rada, Máy đo độ sâu… đến thiết bị buồn máy như: chiếu sang, đốt nóng, máy lạnh sử dụng lượng chung lượng điện Do điều kiện làm việc tàu thủy khắc nghiệt phải chịu tác động môi trường rung lắc, chênh lệch nhiệt độ tàu qua vùng biển khác nhau, độ ẩm, muối mặn… nhiều điều kiện khác nên trạm phát điện tàu thủy cần phải dảm bảo yêu cầu trạm bình thường mà phải thỏa mãn thêm yêu cầu sau: -Phải có kết cấu đơn giản, chắn, gọn nhẹ chiếm diện tích lắp đặt -Hoạt động tin cậy, an toàn điều kiện làm việc tàu -Dễ dàng vận hành, khai thác bảo dưỡng -Đảm bảo tính động -Hiệu suất sử dụng cao -Tránh gây tiếng ồn gây nhiễu cho RADIO 1.2 Phân loại thông số trạm phát điện tàu thủy: Phân loại -Phân loại theo công suất trạm phát +Tổng công suất trạm phát nhỏ 1500kw: Trạm phát có cơng suất nhỏ +Tổng cơng suất trạm phát từ 1500 đến 5000KW: trạm phát có cơng suất trung bình +Tổng cơng suất trạm phát lớn 5000kw: Trạm phát có cơng suất lớn - Phân loại theo động lai + Trạm phát DIEZEL: có động lai diesel + Trạm phát tuabin: có động lai tua bin nước, + Trạm phát hỗn hợp: lai với diesel tuabin - Phân loại theo dòng điện + Trạm phát chiều: máy phát máy phát chiều + Trạm phát xoay chiều: máy phát máy phát đồng pha - Phân loại theo chức + Trạm phát điện chính: trạm phát hoạt động thường xuyên, đảm bảo cung cấp đủ lượng cho mội chế độ hoạt động tàu + Trạm phát cố: hoạt động tàu bị cố, máy khơng hoạt động Các thơng số - Loại dịng điện Trong hệ thống tàu thủy điện bờ ln sử dụng loại dịng điện dịng xoay chiều dòng chiều - Cấp điện áp Các cấp điện áp bản: 110v, 220v, 380v, 440v - Tần số máy phát Trên tàu thủy lưới điện quốc gia có loại tần số: + Khối liên xô cũ số nước XHCN sử dụng dịng điện có tần số 50Hz + Khối tư sử dụng dịng điện có tần số 60hz Khi tang tần số giảm trọng lượng kích thước do: P=M.n N=60f/P M=F.d P: công suất M: momen quay N: tốc độ quay F: tần số D: đường kính roto -Cơng suất trạm phát Thơng thường tàu thủy công suất trạm phát tùy thuộc vào loại tàu, cấp tàu, trọng tải, trang thiết bị tàu mà số lượng hay công suất máy phát thay đổi theo Tuy việc bố trí số lượng máy phát phải tuân thủ theo yêu cầu sau: +Trạm phát phải cung cấp đầy đủ công suất cho thiết bị điện tàu +Bắt buộc phải có trạm phát điện cố đặt mớn nước tàu 1.3 Giới thiệu hệ thống mô bảng điện chính: 1.3.1 Bảng điện chính: Thiết bị mơ bảng điện mơ hệ thống cung cấp điện tàu Cảnh sát biển TT200 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 D D G 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 hịa đồng bảng điện cấp nguồn 220V Hình 1.2 Tổng quan mặt trước Panel hệ thống mô 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 hịa đồng máy phát, panel có số phần tử sau: - Đồng hồ đo điện trở cách điện, đồng hồ đo dòng 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 10 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 1.20 Thuật tốn tự động cắt máy phát tải nhẹ +) Chức điều khiển cắt ƣu tiên Chức thực tải máy phát bị 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 28 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 1.21 Thuật tốn cắt ưu tiên +) Các chức báo động, bảo vệ Các thơng 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… 29 CHƢƠNG XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 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 lƣới điều chỉnh tần số - Đưa công 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 hòa song song với máy 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 cịn lại muốn đóng lên lưới chế độ tay phải thực theo quy trình hịa song song tay 30 - Giả sử máy cơng tác, ACB đóng (Nếu tần số không 50Hz, ta nên điều chỉnh tần số máy cho 50Hz) - Khi ta khởi động máy xong, bật công 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 hịa xong, lƣu 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 cơng 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 mô bảng điện Bài thực hành số 4: Tự động khởi động, tự động hịa đồng có lệnh từ ngƣời vận hành Giả sử máy công 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 “1st Standby sáng” báo máy trạng thái stand-by 31 ấn nút “GB ON” “Close ACB” máy phát có tín hiệu tự động khởi động, tự động hòa máy phát lên lưới Nếu chế độ hoạt động máy tự động (nếu bán tự động chuyển sang chế độ tự động) lúc tần số công 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 công 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 hịa 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 khơng 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 32 Bài thực hành số 8: Tự động cắt máy phát dừng máy công tác song song với máy phát khác 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