Tìm hiểu về hệ thống điện dự phòng UPS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN DỰ PHÒNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 110 kV (UPS) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Quách Ngọc Thịnh Nguyễn Quốc Khánh MSSV: B1610281 Ngành: Kỹ thuật điện – Khóa 42 Tháng 9/2019 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC HÌNH iv LỜI NÓI ĐẦU v CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Giới thiệu trạm bến áp 1.2 Phân loại trạm biến áp 1.3 Sơ lược trạm biến áp 110 kV 1.3.1 Nguồn điện tự dùng trạm biến áp 1.3.2 Cơ cấu tự dùng 1.3.3 Các loại phụ tải tự dùng trạm biến áp 1.3.4 Sơ đồ tự dùng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) 2.1 Sơ lược lưu điện UPS 2.2 Các dòng UPS .5 2.3 Các chức khác UPS CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA UPS .7 3.1 Cấu tạo UPS 3.2 Sơ đồ nguyên lý chung UPS 3.3 Sơ lược nguyên lí hoạt động loại UPS 3.3.1 UPS offline: 3.3.1 USP offline với công nghệ Line interactive: 10 3.3.2 UPS online 11 3.4 Các chế độ hoạt động UPS 12 3.4.1 Chế độ bình thường (normal mode) .12 3.4.2 Chế độ battery .13 3.4.3 Chế độ bypass .14 3.4.4 Các chế độ khác UPS: 14 3.5 Thời gian hoạt động UPS 15 3.6 Những điều lưu ý sử dụng UPS: 15 3.6.1 Môi trường lắp đặt: 15 3.6.2 Bật UPS: .16 3.6.3 Tắt UPS 16 3.6.4 Xả nạp ắc quy 17 3.6.5 Bảo vệ ắc quy 17 3.6.6 Tải sử dụng, lưu ý sử dụng lưu điện UPS 17 CHƯƠNG 18 SƠ ĐỒ MẠCH CHI TIẾT CỦA BỘ LƯU ĐIỆN 18 4.1 Mạch UPS đơn giản 18 4.2 Giới thiệu chỉnh lưu 19 4.3 Khối điều khiển 20 4.4 Khối nghịch lưu DC-AC 21 4.5 Khối nạp bình ắc quy tự động 22 KẾT LUẬN .23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 LỜI CẢM ƠN Tại trường Đại học Cần Thơ, em xin cảm ơn quý thầy cô, cán nhà trường tạo điều kiện để em học tập tốt Mang lại cho em nhiều kiến thức sách kiến thức sống để bước vào đời Đặc biệt em xin cảm ơn thầy cô khoa Công Nghệ, người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho em tâm huyết tận tụy với cơng việc Để hồn thành tốt đồ án “Tìm hiểu hệ thống điện dự phòng trạm biến áp 110kV (UPS)” em xin cảm ơn thầy TS Quách Ngọc Thịnh bảo hướng dẫn phương pháp, định hướng cho đồ án Do kiến thức hạn hẹp nên q trình thực đồ án điện công nghiệp em không tránh khỏi sai sót, mong thầy bỏ qua hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành đồ án hồn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Trạm biến áp ……………………………… Hình 1.2 Phòng giám sát …………………………… 110 kV đường 3/2 điều khiển trạm Hình 2.1 Ảnh ……………………………………………… thiết Hình 3.1 Sơ đồ khối nguyên …………………………………… lý Cần Thơ biến áp bị UPS UPS Hình 3.2 Sơ đồ ngun lí hoạt động đơn giản UPS ofline …………………… Hình 3.3 Sơ đồ UPS offline với công nghệ Line Interactive …………………… 10 Hình 3.4 Ngun lí hoạt động đơn giản UPS online ………………………….11 Hình 3.5 Chế độ hoạt ……………………………………… 12 động bình thường Hình 3.6 Chế độ ……………………………………………………… 13 batterry Hình 3.7 Chế độ ………………………………………………… 14 bypass Hình 4.1 Mạch UPS đơn giản……………………………………………… … 18 Hình 4.2 Sơ đồ chuyển …………………………………………… 19 Hình 4.3 Sơ đồ mạch ………………………………………………20 Hình 4.4 Mạch nghịch ……………………………………………… 21 khối mạch điều lưu AC-DC khiển DC-AC Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch nạp bình ắc quy tự động ………………………2 LỜI NÓI ĐẦU Trong đời sống sản xuất người thời gian nay, điện ngày trở nên quan trọng phải cung cấp liên tục Từ hệ thống điện Việt Nam đầu tư phát triển ngày nhiều đường dây trạm biến áp (TBA), không ngừng mở rộng TBA, vấn đề quan trọng việc phát triển kinh tế - xã hội Ở nước ta với q trình cơng nghiệp hóa – đại hóa kinh tế, điện giữ vai trò chủ đạo đóng góp giá trị khơng nhỏ cho ngân sách nhà nước Do nhu cầu thực tế người đòi hỏi phải có nguồn lượng dự trữ thay nguồn điện bị để trì hoạt động cho thiết bị Một ứng dụng công nghệ điện tử lưu điện UPS Nó trì hoạt động thiết bị thời gian tùy thuộc vào nguồn dự trữ để bảo vệ thiết bị mà đặc biệt liệu máy tính Việc điều khiển, giám sát vận hành trạm biến áp gặp khó khăn xảy cố điện phải có biện pháp khắc phục sử dụng hệ thống điện dự phòng (UPS) cho trạm biến áp để cung cấp liên tục nguồn điện cho thiết bị việc vận hành giám sát trạm biến áp Xuất phát từ nhu cầu nên em định chọn đề tài tìm hiểu hệ thống điện dự phòng trạm biến áp 110 kV (UPS) để làm đồ án điện công nghiệp Tuy nhiên, hạn chế nhiều mặt nên đề tài dưng lại mức độ đơn giản Em mong nhận đóng góp hướng dẫn thêm quý thầy cô để đề tài hoàn thiện Chương 1: Tổng quan trạm biến áp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Giới thiệu trạm bến áp Trạm biến áp phần tử quan trọng hệ thống điện, trạm biến áp dung để biến đổi điện từ cấp điện áp sang cấp điện áp khác nhằm truyền tải điện xa phân phối tới hộ tiêu thụ Các trạm biến áp phân phối, đường dây truyền tải điện với nhà máy điện tạo thành hệ thống phát truyền tải thống Các nhà máy thường nằm cách xa nơi tiêu thụ, việc truyền tải điện từ nơi tiêu thụ gặp nhiều vấn đề, chi phí xây dựng đường dây tổn thất điện quan tâm nhiều Như phương pháp làm giảm tổn thất điện nâng cao điện áp truyền tải hạ áp đến nơi tiêu thụ 1.2 Phân loại trạm biến áp Theo điện áp chia thành trạm biến áp tăng áp trạm biến áp hạ áp: - - Trạm tăng áp thường đặt gần nhà máy, nhằm tăng điện áp cao để truyền tải xa nhằm làm giảm tổn thất điện Trạm hạ áp thường đặt gần nơi tiêu thụ, để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp phù hợp với nơi tiêu dùng Trạm trung gian làm nhiệm vụ liên lạc lưới điện có cấp điện áp khác Phân loại trạm biến áp theo điện lực: - Trạm biến áp trung gian hay gọi trạm biến áp khu vực thường có điện áp sơ cấp lớn (500 kV, 220 kV, 110 kV) để liên lạc với phụ tải có cấp điện áp khác (220 kV, 110 kV, 22 kV) trạm biến áp phân phối SVTH: Nguyễn Quốc Khánh Chương 1: Tổng quan trạm biến áp - Trạm biến áp phân phối hay gọi trạm biến áp địa phương có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho hộ sử dụng điện xí nghiệp, khu dân cư, trường học,… thường có cấp điện áp nhỏ ( 10 kV, kV, 0,4 kV) Trong hệ thống điện có trạm làm nhiệm vụ phân phối điện khơng có biến đổi điện áp gọi trạm phân phối        Về phương diện cấu trúc, người ta chia trạm trời trạm nhà Trạm biến áp ngồi trời: trạm thiết bị phía điện áp cao đêu đặt ngồi trời, phần phân phối điện áp thấp đặt nhà đặt tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần hạ áp Trạm nhà: trạm này, tất thiết bị đêu đặt nhà Các đơn vị cần quan tâm trạm S: Công suất biểu kiến ghi trạm biến áp (kVA) P: Công suất tiêu thụ (kW) Q: Công suất phản kháng (kVAr) U : Điện áp sơ cấp thứ cấp trạm (kV V) I : Dòng điện thứ cấp (A) , dòng điện sơ cấp thường quan tâm SVTH: Nguyễn Quốc Khánh Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS điện chiều cho inverter để chuyển thành dòng điện xoay chiều tiếp tục cung cấp cho thiết bị tiêu thụ Cũng qua sơ đồ, ta thấy UPS offline cơng dụng ổn áp chúng sử dụng điện lưới bình thường - đơn giản khơng có cố lưới điện thiết bị phía sau UPS đơn nối trực tiếp với lưới điện thông qua rơ le (phần bypass sơ đồ trên) 3.3.1 USP offline với công nghệ Line interactive: Khắc phục nhược điểm loại UPS offline thông thường loại UPS offline cơng nghệ Line interactive Do tích cực nguyên lý hoạt động nên chúng lại có giá thành cao so với loại UPS offline thơng thường Như UPS offline cơng nghệ line interactive so với loại UPS offline thơng thường? Đó biến áp Hình 3.3 Sơ đồ UPS offline với công nghệ Line Interactive Cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ thông qua biến áp tự ngẫu Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường, có nghĩa mức điện áp xấp xỉ thơng số đầu 220 V UPS hoạt động khung hình phía trên-bên trái, khơng có can thiệp vào điện áp đầu - UPS hoạt động giống loại UPS offline thông thường SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 10 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS Trong trường hợp điện áp ngõ vào thấp so với điện áp chuẩn, biến áp tự ngẫu chuyển mạch sang nấc khác, làm cho điện áp đầu đảm bảo thông số yêu cầu Trong trường hợp điện áp lưới điện cao so với thơng số chuẩn trường hợp Trong trường hợp điện ngõ vào UPS offline công nghệ Line interactive chuyển sang hoạt động giống loại UPS Offline thông thường: tức chúng ngắt nhánh qua biến áp tự ngẫu chuyển sang sử dụng nhánh ắc quy với inverter UPS offline theo công nghệ line interactive tiến loại UPS offline truyền thống: Chúng ổn định điện áp so với việc khơng có chút chức ổn áp loại offline truyền thống nói Sơ đồ hồn tồn thuộc loại biến áp tự ngẫu thơng thường, có nghĩa chúng có cuộn dây đầu khác Vậy chúng chuyển mạch cách nào? Tất nhiên qua rơ-le Một UPS cơng nghệ Line-interactive nhận thấy chúng có khoảng rơ-le, lớn nằm phía sau máy, bốn lại mạch in Rơle mạch điện UPS điều khiển chúng Nếu sử dụng UPS loại ta dễ nhận thấy chúng phát tiếng kêu lách tách nhỏ làm việc rơle 3.3.2 UPS online Nguồn điện lưới lúc khơng cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị, mà chúng biến đổi thành dòng điện chiều tương ứng với điện áp ắc quy Ở mạch thể cung cấp điện từ ắc quy từ lưới điện đến inverter để biến đổi thành điện áp đầu phù hợp với thiết bị sử dụng SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 11 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS Hình 3.4 Nguyên lí hoạt động đơn giản UPS online Như vậy, thấy cố lưới điện UPS online cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà khơng có thời gian trễ Điều làm cho thiết bị sử dụng an toàn ổn định UPS online luôn ổn định điện áp đầu theo mạch điện áp đầu vào lúc biến đổi xuống mức điện áp ắc quy chúng có cơng dụng ắc quy có dung lượng lớn vơ (nếu khơng bị cố lưới điện), mạch inverter đóng vai trò ổn định điện áp Vì với loại UPS online có cơng dụng ổn áp cách triệt để 3.4 3.4.1 Các chế độ hoạt động UPS Chế độ bình thường (normal mode) Hình 3.5 Chế độ hoạt động bình thường Trong chế độ NORMAL, lượng nhận từ ngõ vào qua chỉnh lưu cung cấp cho Inverter, “NORMAL mode” thị hình có nghĩa UPS hoạt động bình thường, nguồn ngõ vào nằm dải chấp nhận UPS Nguồn ngõ vào chuyển thành nguồn DC thông qua biến đổi IGBT cung cấp nguồn DC cho inverter Battery nạp trực tiếp từ ngõ chỉnh lưu thông qua tăng áp giảm áp phụ thuộc chủng loại dung lượng bình acquy SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 12 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS Bộ biến đổi DC nhận nguồn từ ngõ chỉnh lưu cung cấp nguồn DC thích hợp cho battery Điều kiện nạp acquy giám sát UPS gửi thông tin tình trạng UPS hình LCD Battery ln nối tới UPS, nạp điện sẵn sàng hỗ trợ cho inverter nguồn vào Bộ Inverter nhận nguồn DC điều chế ổn định từ chỉnh lưu sau sử dụng IGBT điều chế độ rộng xung để tạo nguồn AC ổn định ngõ 3.4.2 Chế độ battery Hình 3.6 Chế độ batterry Chế độ battery sử dụng tự động bị nguồn ngõ vào, nguồn ngõ vào chỉnh lưu nằm đặc tuyến ngõ vào UPS Trong suốt trình bị nguồn, chỉnh lưu khơng có nguồn AC ngõ vào để cung cấp nguồn DC cho inverter Khi chỉnh lưu tắt, lượng từ bình acquy cung cấp cho Inverter để Inverter biến đổi thành nguồn AC cung cấp liên tục cho tải Trong chế độ battery UPS phát tiếng báo động âm đèn báo hình điều khiển UPS UPS giữ trạng thái nguồn ngõ vào có trở lại bình thường Nếu nguồn ngõ vào lại lỗi trở lại hay khơng nằm đăc tính ngõ vào chế độ bình thường, UPS tiếp tục hoạt động chế độ Battery, bình acquy tiếp tục phóng điện khơng lượng cung cấp cho tải Bất kể thời điểm chế độ battery, nguồn ngõ vào có trở lại bình thường, chỉnh lưu hoạt động trở lại, cung cấp nguồn cho inverter nạp SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 13 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS lại bình acquy Lúc UPS hoạt động chế độ NORMAL Tùy thuộc vào tải khoảng thời gian phóng điện acquy, UPS xác định dòng điện nạp bình acquy Tổng thời gian hoạt động chế độ battery UPS phụ thuộc nhiều hệ số, số hệ loại Battery, dung lượng bình acquy, số dãy bình acquy, nhiệt độ mơi trường, tuổi thọ bình acquy thay đổi tải trình xả bình acquy Tải lớn thời gian lưu điện giảm, tải nhỏ thời gian lưu điện lâu 3.4.3 Chế độ bypass Hình 3.7 Chế độ bypass Trong chế độ Bypass nguồn ngõ hệ thống cung cấp trực tiếp từ ngõ vào, chế độ nguồn ngõ hệ thồng không bảo vệ ảnh hưởng điện áp tần số hay nguồn Nguồn ngõ vào lọc sóng hài trước tới tải bình acquy khơng thể hỗ trợ tải chế độ bypass Bypass nội bao gồm công tắc chuyển mạch tĩnh, công tắc thiết kế cung cấp cho tải bất inverter cung cấp nguồn cho tải Nếu inverter hỗ trợ cho tải, để đảm bảo tải luôn cung cấp nguồn, UPS chuyển sang chế độ bypass nội Ngõ hệ thống UPS chuyển tự động sang bypass nội điều kiện khơng bình thường xảy ngõ hệ thống, ngõ hệ thống UPS vượt tầm điện áp tần số, hệ thống tải hay inverter bị lỗi Thời gian chuyển chế độ phải < 4ms để đảm bảo tải ngõ không bị gián đoạn Chế độ giữ nguyên inverter cung cấp nguồn SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 14 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS cho tải hay UPS chuyển sang chế độ Maintenance Bypass để sửa chữa Nếu UPS chuyển sang chế độ bypass mà thao tác người vận hành mà lỗi hệ thống UPS restart inverter lần để chuyển tải sang chế độ online, chuyển sang chế độ Online UPS giữ UPS hoàn toàn chế độ bypass 3.4.4 Các chế độ khác UPS: a) Chế độ tự khởi động lại (Automatic reset mode) Khi nguồn điện lưới UPS hoạt động chế độ battery sau thời gian accu cạn dần Khi điện áp bình xuống đến mức điện áp thấp EOD ( end-of- discharge) inverter tự ngắt UPS lập trình để tự khởi động lại sau thời gian sau điện áp đến mức EOD Chế độ khoảng thời gian trễ định trước lập trình kỹ sư vận hành b) Maintenance mode: ( manual bypass) Nếu cần bảo dưỡng sữa chữa UPS, cần bật mainternace switch để chuyễn UPS qua chế độ bảo dưỡng Lúc tải cấp điện qua mạch bypass không bị gián đoạn nguồn cung cấp Chuyễn mạch maintenance trang bị tất UPS tính với dòng tải cao c) Frequency converter mode: (chuyển đổi tần số) UPS lập trình chế độ chuyễn đổi tần số cho phép chạy ổn định hai tần số 50hz 60hz Tần số ngõ vào dao từ 40hz đến 70hz Lúc hoạt động theo chế độ (static) bypass, nguồn accu lựa chọn nhất, UPS hoạt động chế độ battery d) ECO mode: (chế độ tiết kiệm) Nếu chọn ECO mode, hoạt động chuyển đổi kép UPS bị kềm hãm hầu hết thời gian cho mục đích tiết kiệm lượng Trong chế độ bypass nguồn ưu tiên điện áp tần số nguồn bypass vượt giới hạn cho phép tải chuyễn qua nguồn inverter Việc chuyển đổi diễn với gián đoạn ( điện) nhỏ 12,5ms e) Generator mode: (chế độ máy phát điện) SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 15 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS Nếu chế độ Generator chọn, công suất đầu tối đa máy phát điện tỷ lệ phần trăm điện xạc accu chế độ Generator (máy phát điện) thiết lập 3.5 Thời gian hoạt động UPS Tùy thuộc vào loại UPS, mà cách sử dụng mà thời gian thay đổi lớn Dung lượng điện tích bình ắc quy yếu tố ảnh hưởng đến thời gian hoạt động Dung lượng lớn thời gian hoạt động lưu điện lâu Thơng thường, UPS hoạt động liên tục 15 đến 30 phút trước cần nạp lại bình ắc quy Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến thông số thời gian hoạt động lưu điện, tổng công suất thiết bị kết nối vào UPS sử dụng đồng thời lúc điện 3.6 Những điều lưu ý sử dụng UPS: 3.6.1 Môi trường lắp đặt:  UPS phải đặt nơi thơng thống, tránh ánh nắng trực tiếp Tránh nơi có nhiệt độ độ ẩm cao, tránh mơi trường nhiều bụi bẩn hố chất  Khơng nên đặt UPS nghiêng Khơng bọc kín UPS để khơng khí vào phía mặt phía trước Nơi để quạt gió mặt sau để đảm bảo q trình thơng khí  Khơng để vật dụng, giấy tờ UPS Khoảng cách từ UPS đến vật dụng khác phải từ 30-50 cm để đủ UPS thoát nhiệt 3.6.2 Bật UPS: Bật UPS theo chế độ sử dụng nguồn điện  Ngay nối với nguồn điện, việc đặt UPS làm việc theo chế độ bypass hay không nhờ phần mềm WinPower Đối với model từ 6KVA trở lên chế độ bypass cài đặt sẵn Do người dùng dễ quên việc bật UPS có cố điện thiết bị bị ngắt đột ngột  Ấn giữ nút “Power on” khoảng giây để bật UPS  Khi kích hoạt, UPS bắt đầu trình tự kiểm tra với đèn báo (đèn báo từ 1-6) mặt trước SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 16 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS bật lên Sau đèn tắt theo trình tự từ lên Vài giây sau đèn báo chuyển đổi bật lên UPS hoạt động theo chế độ sử dụng điện nguồn Nếu nguồn điện khơng bình thường, UPS làm việc theo chế độ ắc quy Bật UPS theo chế độ ắc quy (không nối với nguồn điện)  Không cung cấp điện nguồn, nhấn giữ nút “Power on” giây để bật UPS  Trong trình bật điện, UPS hoạt động giống nối với điện nguồn Chỉ trừ việc đèn báo điện nguồn khơng bật sáng thay vào đèn báo ắc quy bật sáng 3.6.3 Tắt UPS Tắt UPS nối với nguồn điện:  Ấn giữ nút “Power off” liên tục giây để tắt UPS chuyển đổi tắt  Khi tắt, UPS bắt đầu tự kiểm tra Tất đèn báo từ 1-6 sáng lên sau tắt dần theo tứ tự từ lên  Sau hoàn thành bước để tắt UPS, ổ cắm đầu UPS có dòng điện Để ngắt dòng điện đầu UPS Chỉ cần ngắt nguồn cung cấp điện UPS bắt đầu tự kiểm tra Cuối khơng có đèn báo sáng mặt trước ổ cắm đầu UPS khơng có điện áp Tắt UPS hoạt động chế độ ắc quy:  Ấn giữ nút “Power off” giây để tắt UPS  Khi tắt, UPS bắt đầu tự kiểm tra tất đèn báo từ 1-6 sáng lên Sau tắt dần theo thứ tự từ lên Cuối khơng đèn sáng mặt trước UPS ổ cắm đầu UPS khơng điện áp SVTH: Nguyễn Quốc Khánh 17 Chương 3: Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPS 3.6.4 Xả nạp ắc quy  Ở mơi trường có điều hòa nhiệt độ (20 OC – 25OC) Khoảng tháng nên để UPS hoạt động chế độ ắc quy lần Ở nơi khơng có điều hòa nhiệt độ (> 30 OC) khoảng tháng nên để UPS hoạt động chế độ ắc quy lần Để UPS tự xả khoảng 50% dung lượng ắc quy Thực việc cách rút ổ cắm điện UPS khỏi điện lưới Sau cắm điện trở lại cho UPS sạc lại với thời gian sạc lại  Nhà sản xuất khuyến cáo UPS sử dụng lưu kho Đều phải tuân thủ quy trình bảo dưỡng nêu để không bị ảnh hưởng đến tuổi thọ ắc quy 3.6.5 Bảo vệ ắc quy  Khi điện lưới không nên để UPS sạc ắc quy sâu (xả cạn kiệt ắc quy) Đặc biệt tải nhỏ (