HệThống TựĐộng Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện1Lời

Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Lời Nói Đầu Năn lượng vấn đề quan trọng xã hội Ở quốc gia nào, lượng nói chung lượng điện nói riêng coi ngành công nghiệp tảng cho phát triển kinh tế Việc sản suất sử dụng điện cách hiệu coi trọng Ý nghĩ quan trọng mục tiêu cao ngành công nghiệp then chốt nhằm nâng cao đời sống người dân Xã hội không ngừng phát triển, sinh hoạt nhân dân không ngừng nâng cao nên cần phải phát triển nhiều loại máy điện Tốc độ phát triển kinh tế nước đòi hỏi phát triển tương ứng ngành công nghiệp điện lực Do yêu cầu ngành chế tạo máy điện có yêu cầu ngày cao Máy phát điện ln đóng vai trị quan trọng hệ thống điện Vì thế, học phần Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện kỳ 20151 này, nhóm chúng em xin phép tìm hiểu máy phát điện tuabin khí Nội dung cho báo cáo mơn học nhóm gồm: I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN III ĐẶC ĐIỂM MÁY PHÁT ĐIỆN TUABIN HƠI VÀ TUABIN KHÍ IV CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ Trong q trình tìm hiểu mơn học, nhóm em xin cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy phụ trách học phần, Ts Nguyễn Huy Phương Song thời gian có hạn vốn kiến thức có hạn nên q trình tìm hiểu cịn nhiều thiếu sót Nhóm mong nhận bảo thầy để hồn thiện Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Giới Thiệu Về Nhà Máy Nhiệt Điện Trong nhà máy nhiệt điện, tạo động nhiệt Động nhiệt tạo nhiệt lấy cách đốt nhiên liệu Cơ lưu trữ dạng động quay tuabin Khoảng 80% nhà máy điện dùng tuabin nước, tức dùng sử dụng nước làm bốc nhiệt để quay tuabin 1.2 Nguyên Lý Hoạt Động Chung Của Nhà Máy Nhiệt Điện Hình Nguyên lý nhà máy nhiệt điện Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình Mơ hình nhà máy nhiệt điện Than (nhiên liệu) vận chuyển tới hầm ngầm, từ nghiền nhỏ đưa vào lị Bên tường lị có đường ống dẫn nước Khi lò hoạt động nước đường ống bị bay Hơi nước tạo (ở nhiệt độ áp suất cao) đưa tới trụ hơi, đưa qua máy sưởi thông qua đường ống phân phối nước để tới cánh quạt tua bin, phần nước ngưng tụ bơm quay trở lại lò Tuabin nối với máy phát điện Một phần nước ngưng tụ bơm quay trở lại lò Điện tạo nối tới hệ thống máy biến áp, đưa mạng lưới điện Phần xỉ than, khói bụi đưa qua hệ thống lọc xử lý đưa II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN Máy phát điện thiết bị biến đổi thành điện thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ Nguồn sơ cấp động tua bin hơi, tua bin nước, động đốt trong, tua bin gió nguồn năngkhác Máy phát điện giữ vai trò then chốt thiết bị cung cấp điện Nó thực ba chức năng: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Máy phát điện đồng hay máy phát điện xoay chiều thiết bị biến đổi thành điện Máy phát điện xoay chiều chế tạo theo loại pha hay ba pha, thành phần chủ yếu hệ thống truyền tải cung cấp điện Ngày máy phát điện công suất lớn có cơng suất vài trăm MVA với nguồn dùng thủy lực hình thành nhà máy thủy điện cung cấp cho khu vực hay quốc gia Các máy phát điện có cơng suất nhỏ từ 10KVA đến 1MVA , với nguồn động nổ Diessel, hình thành nhà máy nhiệt điện nhỏ hay tổ động máy phát dự phòng cho nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp III ĐẶC ĐIỂM MÁY PHÁT ĐIỆN TUABIN HƠI VÀ TUABIN KHÍ Hình Máy phát điện tuabin nước Các tua bin tua bin khí có tốc độ cao tua bin nước Các máy phát điện tua bin tua bin khí thường chế tạo với tốc độ cao (3000 vịng/phút máy có tần số 50 Hz, 3600 vòng/ phút máy 60 Hz) Hầu hết máy phát điện tua bin máy phát điện tua bin khí loại trục nằm ngang, chế tạo theo kiểu cực ẩn Loại có rotor dài nhiều so với đường kính Stator máy giống máy phát cực lồi Thông thường với đa số máy có đường kính lớn m, lõi thép stator chế tạo thành nhiều cung, thép silicon cao cấp, có tính định hướng, phủ chất cách điện để giảm Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện thiểu tổn thất điện Người ta thường không ghép thành khối máy điện cỡ nhỏ, mà làm thành nhiều lớp, có khe hở để thơng gió làm mát Hình Các đầu dây Stator máy phát điện Cuộn dây stator làm từ dẫn đồng xếp nằm rãnh, hai đầu nối lại với thành vòng dây Các dẫn thường đặc nguyên khối, mà làm từ dây dẹp quấn bện theo kiểu Roebel, cho nhỏ bó có chiều dài nhau, dù có phải uốn lượn theo nhiều hướng khác Các dây nối dây nối pha, vòng dây với cố định chắn hai đầu vật liệu cách điện có độ bền điện độ bền học cao Điện áp stator thường nằm khoảng vài kV đến 14,4 kV Muốn truyền xa hơn, người ta thường phải dùng máy biến áp tăng áp Để lấy điện đưa xuống sử dụng cho thiết bị điện phụ vụ cho tổ máy vận hành, Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện người ta dùng máy biến áp hạ áp, trường hợp gọi máy biến áp tự dùng Hinh Rotor máy phát điện Rotor có dạng trụ có xẻ rãnh, quấn nhiều cuộn dây kích từ đồng tâm Hai đầu chỗ mối hàn nối cuộn dây với bảo vệ vịng thép hình trụ, gọi vịng hộ hồn Các dây dẫn dẫn xuyên qua dọc theo trục máy để đưa phía đầu rotor Từ nối vào vành nhận điện, để đưa dịng điện từ bên ngồi vào qua chổi than Dịng điện đưa vào rotor máy phát điện thường dòng điện chiều, gọi dịng kích thích Hai đầu rotor có lắp đặt cánh quạt để thổi chất khí vào theo dường dẫn đặt sẵn, để làm mát máy Chất khí khơng khí tự nhiên, thơng với mơi trường bên ngồi, khí hydrogen, tuần hồn kín Trong trường hợp tuần hồn kín, phải lắp đặt thêm số trao đổi nhiệt, để làm mát chất khí nước Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Các máy phát điện tua bin máy phát điện tua bin khí chế tạo từ vài MW đến 700 MW Ở ta nghiên cứu máy phát điện không đồng IV CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 4.1 Các Thành Phần Chính Máy phát điện đồng gồm hai thành phần : - ROTOR: cịn gọi phần cảm dùng tạo từ trường kích thích dạng chiều (không biến thiên biên độ theo thời gian) - ROTOR CỰC TỪ LỒI dây quấn cực từ quấn tập trung, hình dạng rotor cực lồi trình bày hình H1 Hình Kết cấu rotor cực từ lồi, 2p=4 Rotor chưa Hình Hình dạng rotor cực từ lồi sau đóng trục - ROTOR CỰC TỪ ẦN :dây quấn rotor thực theo dạng dây quấn phân bố khơng tập trung, xem hình Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình 8.Hình dạng rotor cực từ ẩn, rotor chưa quấn dây - STATOR: gọi phần ứng, kết cấu stator máy phát điện xoay chiều giống kết cấu stator động cảm ứng Trên stator bố trí hay nhiều pha dây quấn để hình thành máy phát pha hay nhiều pha Với máy phát điện đồng xoay chiều pha, stator bố trí ba dây quấn lệch vị trí khơng gian 120o Hình dạng stator máy phát điện đồng bộ, trình bày hình Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình Dây quấn stator máy phát thi công 4.2 Hệ Thống Vành Trượt Và Máy Phát Kích Từ Đầu Trục Muốn tạo thành từ trường kích thích chiều phần cảm cần cấp dòng chiều vào dây quấn phần cảm lắp rotor Khi rotor kéo quay động sơ cấp, để tránh tình trạng dây nối bị xoắn, dịng chiều cấp vào rotor thông qua hệ thống vành trượt chổi than Các vành trượt hai vịng hình trụbằng đồng thau (hay đồng đỏ), bốtrí đồng trục với rotor Vành trượt cách điện với phần kim loại trục quay vật liệu cách điện, xem hình 10 Hình 10 Kết cấu vành trượt chổi than stato Tiếp xúc với hai vành trượt hai chổi than lắp cố định so với trục quay rotor, dung cấp điện vào cho dây quấn rotor Dây quấn rotor, sau quấn theo công nghệ định (để hình thành từ cực rotor) đưa đầu dây Hai đầu dây bố trí chạy bên cốt trục quay đến vành trượt hàn dính vào hai vành trượt Với máy phát điện có cơng suất lớn, từ 200 KVA trở lên, dòng chiều cấp vào phần cảm có giá trị lớn từ vài chục đến vài trăm A trình vận hành Tiếp xúc chổi than vành trượt dễ sinh tia lửa điện rotor hoạt động; vấn đề bảo trì vận hành tương đối phức tạp, tổn hao nhiệt điện trở Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện tiếp xúc (giữa chổi than vành trượt) trình vận hành ảnh hưởng đến hiệu suất tính máy phát điện Dạng máy phát điện dùng hệ thống chổi than vành trượt để cấp nguồn chiều cho phần cảm, gọi máy phát điện kích từ trực tiếp Ngày để khắc phục nhược điểm hệ thống vành trượt chổi than,các máy phát (sử dụng động sơ cấp động nổ) thường chế tạo theo dạng “brushless” không chổi than Muốn cấp nguồn chiều vào cho phần cảm ta phải dùng thêm máy phát điện đầu trục Liên kết máy phát máy phát điện trục mô tả sau: - Máy phát điện đầu trục máy phát điện xoay chiều ba pha - Phần ứng máy phát điện đầu trục ghép đồng trục với phần cảm máy phát Cả hệ thống quay động nổ sơ cấp - Phần cảm máy phát đầu trục bố trí cố định bên ngồi, tương tự phần ứng máy phát Phần cảm máy phát đầu trục cấp nguồn áp chiều để tạo từ trường kích thích (loại chiều) - Khi phần cảm máy phát đầu trục tạo từ trường kích thích động nổ sơ cấp quay phần ứng máy phát đầu trục Các pha dây quấn phần ứng máy phát đầu trục hình thành sức điện động cảm ứng - Điện áp pha phát từ phần ứng máy phát đầu trục chỉnh lưu mạch cầu diode bán dẫn để trở thành nguồn chiều cấp vào dây quấn phần cảm máy phát Cầu chỉnh lưu gồm diode bán dẫn lắp đĩa cách điện, cố định đồng trục với phần ứng máy phát đầu trục phần cảm máy phát Tồn kết cấu máy phát điện dùng máy phát đầu trục kích từ mơ tả hình 11 Khi chỉnh lưu nguồn áp pha từ phần ứng máy phát đầu trục để tạo thành nguồn áp chiều cấp vào cho phần cảm máy phát chính, để cải thiện tượng chỉnh lưu không phẳng, tần số nguồn áp pha phát từ máy phát đầu trục có giá trị cao tần số lưới điện thông thường Tần số từ 120Hz đến 240Hz Do đó, số cực từ máy phát đầu trục lớn số cực máy phát từ đến lần 10 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình 11 Cấu tạo máy phát điện có dùng máy phát điện đầu trục 4.3 Sơ Đồ Nguyên Lý Máy Phát Điện Đồng Bộ Tùy thuộc vào phương pháp cấp dịng kích thích chiều vào dây quấn phần cảm ta có dạng máy phát kích từ trực tiếp, máy phát điện có máy phát kích từ đầu trục Sơ đồ nguyên lý loại trình bày hình 12 hinh 13 Trong hình 14, trình bày cấu tạo nửa chỉnh lưu cầu dùng chỉnh lưu dòng xoay chiều pha từ phần ứng máy phát điện đầu trục thành nguồn chiều để cấp vào phần cảm máy phát 11 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình 12.Sơ đồ ngun lý máy phát điện đồng (loại kích từ trực tiếp) Hình 13 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện đồng bộ(loại khơng chổi than, dùng máy phát đầu trục.) Hình 14 Hình dạng nửa cầu chỉnh lưu dùng chỉnh lưu máy phát điện đồng 12 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện 4.4 Nguyên Tắc Hoạt Động Của Máy Phát Khơng Đồng Bộ Hình 15 Mơ hinh đơn giản máy phát điện Xét mơ hình nguyên lý đơn giản máy phát điện đồng gồm: - Phần cảm (rotor) cực từ lồi 2p = - Phần ứng (stator) bố trí ba dây quấn, lệch vị trí khơng gian đơi 120𝑜 Gọi tốc độ động sơ cấp dùng quay phần cảm n1 Vận tốc góc động sơ cấp Ω1=2π𝑛1 Vì từ thơng tạo dây quấn kích thích khơng biến thiên theo thời gian, nên vector cảm ứng từ tạo phần cảm máy phát có biên độ khơng thay đổi Do dùng động sơ cấp quay phần cảm tròn với tốc độ Ω1=2π𝑛1 , từ trường tạo phần cảm chuyển động trịn cho ta hình ảnh từ trường quay tròn Giả sử lúc ta xét từ thông xuyên qua dây quấn AX Gọi α góc hợp phương trục dây AX với vector cảm ứng từ tạo phần cảm, ta có kết sau: 𝜙𝐴𝑋 =B.A.cosα Trong A tiết diện dây AX B cảm ứng từ tạo phần cảm, thay tích số A.B = 𝜙𝑚 α = Ω1 t ta có: 𝜙𝐴𝑋 =𝜙𝑚 cos(Ω1 t) 13 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Khi chọn trục qua dây AX làm chuẩn, từ thông tạo từ trường phần cảm với dây BYvà CZ viết sau: 𝜙𝐵𝑌 =𝜙𝑚 cos(Ω1 t-1200 ) ; 𝜙𝐶𝑍 =𝜙𝑚 cos(Ω1 t-2400 ) Tóm lại động sơ cấp quay trịn phần cảm, từ trường kích thích tạo từ thơng biến thiên theo thời gian qua dây AX, BY, CZ Nói cách khác từ trường phần cảm quét qua dây quấn hình thành sức điện động cảm ứng mội dây Áp dụng công thức Faraday ta có kết sau: 𝑑[𝜙𝐴𝑋 ] 𝑒𝐴𝑋 = -𝑁𝑝ℎ𝑎 𝐾𝑑𝑞 𝑑𝑡 𝑑[𝜙𝑚 cos(Ω1 t) ] =-𝑁𝑝ℎ𝑎 𝐾𝑑𝑞 𝑑𝑡 Hay 𝑒𝐴𝑋 = 𝑁𝑝ℎ𝑎 𝐾𝑑𝑞 𝜙𝑚 Ω1 sin(Ω1 t) Tương tự: 𝑒𝐴𝑋 = 𝑁𝑝ℎ𝑎 𝐾𝑑𝑞 𝜙𝑚 Ω1 sin(Ω1 t-1200 ) 𝑒𝐴𝑋 = 𝑁𝑝ℎ𝑎 𝐾𝑑𝑞 𝜙𝑚 Ω1 sin(Ω1 t-2400 ) Từ cho thấy sức điện động sinh pha dây quấn hợp thành nguồn áp pha cân Với chiều quay động sơ cấp hình vẽ H10 từ trường phần cảm quét qua dây AX, BY, CZ cho ta nguồn áp pha thứ tự thuận Sức điện động hiệu dụng pha dây quấn stato: 4,44.p.Npha.𝐾𝑑𝑞 𝐸𝑝ℎ𝑎 = 4,44.f.Npha 𝐾𝑑𝑞 𝜙𝑚 =Ke 𝑛1 𝜙𝑚 (trong Ke= 60 𝑣à f= 𝑝.𝑛1 60 ) Tóm lại - Sức điện động pha tỉ lệ thuận với hai thông số: từ trường 𝜙𝑚 kích thích phần cảm tốc độ quay n1của động sơ cấp - Tần số f sức điện động pha tỉ lệ thuận với : số đôi cực p máy phát tốc độ quay n1của động sơ cấp 14 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện 4.5 Các Đặc Tính Của Máy Phát Điện Khơng Đồng Bộ 4.5.1 Đặc Tính Khơng Tải Hình 16.Thí nghiệm khơng tải Đặc tuyến khơng tải máy phát điện đồng đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ sức điện động pha phần ứng với dịng điện kích thích cấp vào phần cảm Đặc tuyến không tải ghi nhận qua thí nghiệm : - Khơng đấu tải vào dây quấn phần ứng - Điều chỉnh tốc độ động sơ cấp có giá trị định trước để ổn định tần số nguồn điện phát trì tốc độ số suốt trình thí nghiệm Vì sức điện động pha tỉ lệ thuận với từ cảm B dịng kích thích tỉ lệ thuận với sức từ động kích thích tạo dây quấn phần cảm Như dịng kích thích tỉ lệ với cường độ từ trường H vật liệu sắt từ tạo nên máy phát Tóm lại đặc tuyến khơng tải máy phát có dạng đường cong từ hóa vật liệu sắt từ tạo thành máy phát Hình dạng đặc tuyến khơng tải trình bày hình 17 Trên đặc tuyến lúc Ikt= ta có giá trị sức điện động pha Giá trị hình thành từ trường dư tồn phần cảm Sức điện động pha tạo từ trường dư gọi Epha dư 15 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình 17 Đặc tuyến khơng tải 4.5.2 Đặc Tính Tải (Đặc Tính Ngồi) Đặc tuyến tải hay đặc tuyến máy phát điện đồng đồ thị hay đườngbiểu diễn mô tả quan hệ áp pha Vpha tải theo dòng điện pha Ipha qua tải Đặc tuyến khơng tải ghi nhận qua thí nghiệm : - Điều chỉnh tốc độ động sơ cấp có giá trị định trước để ổn định tần số nguồn điện phát trì tốc độ số suốt q trình thí nghiệm - Điều chỉnh dịng kích thích để có áp không tải định mức trước đấu tải vào phần ứng Duy trì giá trị dịng kích thích khơng đổi suốt q trình thí nghiệm - Đấu tải vào phần ứng máy phát; điều chỉnh thay đổi tổng trở tải trì hệ số cơng suất khơng thay đổi 16 Hệ Thống Tự Động Hóa Nhà Máy Nhiệt Điện Hình 18 Đặc tuyến tải - Khi chưa cấp tải vào dây quấn phần ứng máy phát, dịng kích thích chỉnh để đạt sức điện động pha áp pha định mức máy phát - Tương ứng với loại tải, dòng tải tăng độ lớn độ thay đổi điện áp gia tăng - Với giá trị dịng tải, tải có tính cảm tạo độ thay đổi điện áp lớn so với trường hợp tải trở Tại lúc áp pha 𝑉𝑝ℎ𝑎 𝑉𝑝ℎ𝑎𝑑𝑚 Điều dẫn đến kết ∆V