Luận văn nghiên cứu nâng cao chất lượng truyền điện động máy bơm nước thuỷ lợi công suất bằng và lớn hơn 75 kw

luận văn

Mở đầu Thuỷ lợi giữ vai trò hàng đầu khâu thâm canh, canh tác lúa trồng Hiện nay, nớc ta đứng hàng thứ hai giới xuất gạo, đạt khoảng 3,5ữ4,0 triệu tấn/năm nhờ hệ thống tới tiêu đợc cơ-điện khí hoá phát triển thành tựu công tác tuyển chọn, lai tạo giống trồng chất lợng cao nhiều năm qua Tuy nhiên, hệ thống máy bơm trang thiết bị điện đầu t qua nhiều giai đoạn, cũ kỹ cha đáp ứng đợc yêu cầu ngày cao thực tiễn sản xuất Nhiều trạm bơm sử dựng thiết bị khởi động chất lợng thấp, thiếu đồng bộ, độ an toàn vận hành thao tác thấp kém, ảnh hởng lớn đến chất lợng hiệu khai thác công trình máy bơm thuỷ lợi, cần đợc cải tiến nâng cấp nớc tiên tiến, ngời ta đà áp dụng rộng rÃi hệ thống thiết bị truyền động điện, có bộ khởi động mềm chất lợng cao cho trạm bơm thuỷ lợi, có tính kỹ thuật trình độ tự động hoá cao, an toàn cho ngời thiết bị, đảm bảo cho hiệu sản xuất kinh doanh cao Từ năm 1980 nớc ta đà có nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng thiết bị khởi động điện trở, cuộn kháng, biến áp tự ngẫu khởi động Thyristo sản xuất Thiết bị khởi động, điều khiển dừng mềm động máy bơm công suất lớn 75 kW đà đợc nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm nhằm giảm chi phí điện năng, nâng cao độ ổn định, tin cậy an toàn bớc đầu đà cho kết khả quan Nghiên cứu ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến nớc phát triển vào điều kiện Việt nam việc làm thiết thực vµ bỉ Ých, cã ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiễn góp phần thúc đẩy thực công công nghiệp hoá đại hoá đất nớc, tiến tới hội nhập kinh tế khu vực toàn cầu -1- Chơng I Tổng quan tình hình trang bị sử dụng điện Trong trạm bơm thuỷ lợi Việt Nam 1.1 Khái quát chung Tục ngữ có câu Nhất nớc, nhì phân, tam cần, tứ giống Nớc giữ vị trí hàng đầu khâu thâm canh canh tác lúa trồng Tới tiêu biện pháp trớc tiên để nâng cao suất mùa màng hiệu kinh tế diện tích canh tác, ổn định an ninh lơng thực thực phẩm cho toàn xà hội; nớc ta có địa hình phức tạp khí hậu khắc nghiệt, mang tính mùa vụ Nớc ta nớc nông nghiệp, tỉ lệ dân số sống nghề nông chiếm khoảng 75% dân số nớc Hiện nớc ta có khoảng triệu việc tới tiêu nớc cho trồng hầu hết phải dựa vào hệ thống mơng máng công trình thuỷ lợi trạm bơm nớc Gần 7,6 triệu đợc chủ động tới tiêu hàng trăm công trình thuỷ lợi lớn hàng triệu máy bơm loại hoạt động để phục vụ sản xuất nông nghiệp Nhờ có hệ thống kênh mơng trạm bơm thuỷ lợi mà nớc ta đà tăng từ vụ lên hai đến ba vụ năm [22] Chỉ riêng tỉnh đồng bắc bắc khu cũ ta đà xây dựng đợc gần 40 công trình thuỷ lợi lớn gần 120 hệ thống vừa nhỏ, với gần 5000 trạm bơm đợc lắp đặt với số lợng máy bơm khoảng 13.300 máy loại có lu lợng từ 540 m3/h đến 32.000 m3/h, hầu nh 100% trạm bơm nớc cố định đà đợc điện khí hoá, theo số liệu điều tra cục quản lý nớc Bộ NN & PTNT năm 2002 [18] Các máy bơm sử dụng đa dạng chủng loại, hình thức, kết cấu, công suất thiết kế (trục đứng, trục ngang, trục xiên, bơm chìm ) -2- Hầu hết bơm lớn có cấu tạo phức tạp có trang thiết bị kỹ thuật tơng đối hoàn chỉnh, đa số nhập từ nớc ngoài, số lợng lớn bơm đợc sản xuất nớc Điện tiêu thụ phục vụ cho tới, tiêu hàng năm lên tới 300 triệu kWh (chiếm gần 85% điện sử dụng cho nông nghiệp)., công suất thiết kế khoảng 230.000kW cho tiêu nớc khoảng 300.000kW, có hàng vạn máy bơm nhỏ hoạt động khắp nơi Nhiều trạm bơm có tới hàng chục máy bơm công suất lớn nh: Gia Viễn Ninh Bình, Quế Hà Nam, Vân Đình Hà Tây; Thanh Điềm; Đại Định Vĩnh Phú Thờng số lợng bơm cỡ lớn (lu lợng 4000m3/h, công suất động lớn 75kW) chiếm khoảng 30-40% tổng số đầu máy sử dụng Các trạm bơm trợ thủ đắc lực phục vụ cho việc tới tiêu nông nghiệp [18] Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lợng, hiệu công trình thuỷ lợi trạm bơm điện sản xuất nông nghiệp vấn đề có ý nghĩa lớn, cần phải đợc nghiên cứu cách đồng đầy đủ Song song với giải pháp công trình, khí, giải pháp truyền ®éng ®iÖn cã ý nghÜa cùc kú quan träng 1.2 Đặc điểm cung cấp sử dụng điện trạm bơm thuỷ lợi Hầu hết trạm bơm thuỷ lợi có đợc cung cấp điện từ lới điện trung áp đến 35 kV qua trạm biến áp hạ áp đặt trạm bơm, tuỳ thuộc đặc điểm địa bàn cụ thể trạm bơm, đa số trạm bơm xa hệ thống đờng dây tải ®iƯn (th−êng tõ ®Õn km) ®Ĩ cÊp ®iƯn cho trạm bơm phải dùng đờng dây phân nhánh riêng, hầu hết máy biến áp (MBA) trạm sử dụng loại máy biến áp trời Năng lợng điện từ lới điện đợc dẫn tới máy bơm theo sơ đồ khối nh hình 1.1 Các MBA có nhiệm vụ phải cung cấp đủ điện d công suất để đáp ứng điều kiện khởi động cho máy bơm Thờng công suất MBA đợc lắp 125% tổng công suất máy bơm -3- Lới ®iƯn trung ¸p 31 41 32 42 3n 4n Hình 1.1- Sơ đồ cấu trúc lợng trạm bơm 1-Biến áp hạ thế; 2- Tủ phân phối; 31ữ3n- Tủ điều khiển Máy bơm 41ữ4n- Các Máy bơm (n = 1, 2, ) Các trạm bơm thờng sử dụng mạch cung cấp điện hay nhiều MBA ( H×nh 1.2, H×nh 1.3) 35kV (10kV) DCL MC2 MC1 AT1 M1 MBA1 35/0,4kV MBA2 35/0,4kV CD CD ATn AT2 M2 P1 Mn P2 Pn Phụ tải sinh hoạt Hình 1.2- Sơ đồ cung cấp điện MBA công suất lớn cung cấp cho tất máy bơm trạm -4- Sơ đò sử dụng máy biến áp công suất lớn, phục vụ cho tất máy bơm trạm phụ tải sinh hoạt sử dụng máy biến áp thứ hai riêng với công suất nhỏ (Hình 1.2) Đối với trạm loại thờng công suất máy biến áp số (MBA1) đợc chọn tổng công suất máy bơm Các trạm đợc trang bị theo sơ đồ vận hành đơn giản, máy biến áp thờng xuyên làm việc chế độ non tải làm hệ số cos trạm thấp Sử dụng sơ đồ dùng nhiều MBA đợc thiết kế, lựa chọn hợp lý vận hành song song (Hình 1.3) cho phép khắc phục nhợc điểm sơ đồ hình 1.2, nhng công tác tổ chức vận hành song song máy biến áp khó khăn phức tạp, vấn đề thao tác đóng cắt phía điện áp cao 35kV (10kV) DCL MC1 MC2 MBA1 35/0,4k MCn MBA2 35/0,4k CD1 CD2 CDP§1 AT1 M1 AT2 M2 MBA2 35/0,4k M3 CDP§2 AT3 AT4 M4 ATn P1 Mn P2 Pn Phụ tải sinh hoạt Hình 1.3 - Sơ đồ dùng nhiều MBA vận hành song song Thông thờng điện áp MBA trạm bơm công suất vừa lớn cần đặt +10%Uđm động điện, thực tế điều kiện đợc thoả mÃn, số máy bơm làm việc xảy tình trạng động làm việc chế độ điện áp [16] -5- Các trạm bơm sử dụng thiết bị khởi động kiểu cũ tình trạng khởi động đợc hai phần ba số máy bơm phổ biến, khả cân lợng chế độ khởi động nên phần ba số máy bơm lại trạm khởi động khó khăn trí không khởi động đợc, làm ảnh hởng lớn đến tuổi thọ máy biến áp chất lợng điện lới điện Đối với trạm bơm đợc xây dựng năm gần thiết bị làm việc tin cậy an toàn Nhng nhiều khía cạnh cha thoả đáng nh sơ đồ cung cấp cha phù hợp, đồng thiết bị thiếu, hiệu sử dụng điện thấp động Máy biến áp lực thờng xuyên vận hành chế độ non tải Một số tổ máy bơm chạy động điện 200kW Liên Xô cũ, Rumani đợc sử dụng trạm bơm nh Đan Hoài, La Khê, Hồng Vân- Hà Tây Có hệ số cos thấp (cos < 0,82) tiêu phí lợng lớn Những trạm bơm đợc xây dựng từ thời kỳ đầu sau chiến tranh, thiết bị đà cũ lạc hậu, phải sửa chữa thay nhiều, mang tính chắp vá đặc biệt thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ thiếu thay tuỳ tiện làm cho độ tin cậy thấp, thiếu an toàn cho ngời thiết bị Hiện nớc ta lợng điện hàng năm trạm bơm tiêu thụ tới 300 triệu kWh Sử dụng điện hiệu quả, an toàn vấn đề cần phải tiến hành nghiên cứu đồng đầy đủ Các hệ thống truyền động điện máy bơm phụ tải tiêu thụ điện cần có biện pháp để giảm thiểu bất lợi cho hệ thống cung cấp điện 1.3 Hệ thống truyền động điện máy bơm 1.3.1 Chất lợng hệ thống truyền động điện máy bơm thuỷ lợi Để đánh giá chất lợng hệ thống truyền động điện(TĐĐ) máy bơm vào tiêu chí sau: -6- 1- Chất lợng điện cung cấp ảnh hởng phụ tải điện (sai lệch điện áp U, sai lệch tần số f, hệ số đối xứng, cos ); 2- Chất lợng làm việc máy bơm chế độ khởi động, dừng làm việc dài hạn; 3- Mức độ công nghệ tiên tiến,trình độ tự động hoá; 4- Khả bảo vệ tải, độ tin cậy, độ bền.và an toàn; 5- Chi phí đầu t, vận hành, bảo dỡng, sửa chữa 1.3.2 Hiện trạng hệ thống truyền động điện máy bơm Hệ thống truyền động điện máy bơm nớc thuỷ lợi hầu hết trạm bơm thuộc loại truyền động điện xoay chiều, theo quan điểm lợng đợc mô tả sơ đồ khối cấu trúc đơn giản nh Hình 1.4 Lới điện Lệnh đặt Hình 1.4- Sơ đồ cấu trúc hệ thống TĐĐ máy bơm nớc thuỷ lợi 1- Bộ khởi động động cơ; 2- Động điện 3- Bộ truyền lực; 4- Máy bơm; 5- Bộ điều khiển Hỗu hết động điện hệ thống truyền động điện bơm thuỷ lợi hầu hết dùng động không đồng (KĐB) pha rô to lồng sóc, số trạm xây dựng trớc dùng động rô to dây quấn làm việc với lới hạ áp 0,4kV, số máy bơm có động kéo động đồng công suất lớn (320 ữ 500)kW làm việc điện áp lới 6kV-10kV Loại động hệ số -7- cos cao thờng cos 0,87 Nhìn chung động đợc chế tạo vào thời kỳ năm 1970 trở vỊ tr−íc cã hiƯu st thÊp th−êng η≤ 0,85 hƯ số cos thấp thờng cos 0,82, công suất động d nhiều so với máy bơm nên động sử dụng điện với hiệu thấp Thiết bị khởi động mang dấu ấn mức độ đầu t, trình độ kỹ thuật thời kỳ xây dựng dự án lắp đặt máy, công suất, loại động Những trạm bơm đợc xây dựng từ năm 1970 trở trớc hầu hết máy bơm đợc khởi động trực tiếp gián tiếp thiết bị đơn giản (cuộn kháng dầu, kháng khô, hộp điện trở ), đà cũ lạc hậu, thiết bị đóng cắt điều khiển thờng đợc sửa chữa, thay chắp vá thiếu đồng không an toàn cho ngời thiết bị Thiết bị điều khiển máy bơm hầu hết đợc ghép Công tắc tơ, Rơ le thời gian loại điện từ, mức độ tự động hoá thấp, độ tin cậy thấp Chế độ khởi động, làm việc bơm ngời vận hành chọn đặt trớc, vòng hồi tiếp ngợc (điều khiển tay), thiếu phơng tiện đo lờng, báo điều khiển tự động nên việc giám sát trình làm việc máy phụ thuộc vào kinh nghiệm (khả cảm nhận) ngời vận hành Bộ phận truyền lực hầu hết máy bơm nớc Thuỷ lợi đợc dẫn động thẳng trục thông qua khớp nối mềm có vòng đàn hồi trục đăng Một số máy bơm công suất lớn trạm đầu mối có kết cấu động học dài, đà có không số máy bơm xảy cố cong trục phải ngừng hoạt động thời gian dài làm ảnh hởng không nhỏ đến sản xuất Các máy bơm thuỷ lợi chủ yếu dùng loại bơm ly tâm, bơm hớng trục(HT) bơm hỗn lu, loại có công suất từ 75kW trở lên, hầu hết dùng loại bơm hớng trục đứng(HTĐ) hớng trục nghiêng(HTN), số trạm đợc xây dựng thời gian gần lắp đặt máy bơm chìm nhập từ nớc -8- Đối với trạm bơm đợc xây dựng từ năm 1980 trở trớc hệ thống truyền động điện đà cũ lạc hậu, hiệu sử dụng điện thấp, thiết bị hệ thống đà phải sửa chữa thay nhiều không đồng bộ, thiếu thiết bị đo lờng, điều khiển, bảo vệ an toàn vận hành Nói chung trạm bơm có hệ thống truyền động điện thô sơ, lạc hậu không đảm bảo an toàn cho ngời vận hành thiết bị Những máy bơm lớn nhập nớc đa số phụ tùng thay thế, máy bơm sản xuất nớc, hệ thống truyền động điện lại đơn giản hiệu suất thấp Trớc thực trạng hệ thống cung cÊp, sư dơng ®iƯn, hƯ thèng trun ®éng ®iƯn máy bơm công suất vừa lớn cần phải tiến hành nghiên cứu bớc, có giải pháp cải tạo nâng cấp Song song với giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống cung cấp điện, nghiên cứu giải pháp để nâng cao chất lợng hệ thống TĐĐ máy bơm thuỷ lợi công suất vừa lớn vấn quan trọng Với tiêu chí chất lợng nêu muốn nghiên cứu cách đầy đủ cần phải có phối hợp nhiều đề tài nghiên cứu nhiều nhà khoa học Trong luận văn đề cập đến vấn đề cải thiện chế độ khởi động,vận hành, đo lờng báo, điều khiển bảo vệ máy bơm nhằm nâng cao hiệu làm việc sử dụng an toàn 1.4 Khởi động dừng máy bơm 1.4.1 Khái quát chung Các máy bơm thuỷ lợi có công suất từ 75kW trở lên hầu hết dùng loại bơm hớng trục bơm hỗn lu Máy bơm làm việc dựa nguyên lý cánh nâng Dòng khởi động trực tiếp động điện lớn thờng từ (4ữ7) dòng định mức động gây tợng va đập khí, tảI Mômen, phát nhiệt, làm ảnh hởng xấu đến chất lợng lới điện, chế độ khởi động -9- làm việc động phụ tải khác mạng lới điện Vì động công suất vừa lớn, nhiều trờng hợp không cho phép khởi động ®éng c¬ trùc tiÕp Khi khëi ®éng ®éng c¬ sù gia tèc vỊ tèc ®é dϖ cïng víi sù tăng dt di d2 ( ) tạo nên xung lực lớn giữâ dt dt dòng điện gây nên độ giật phần quay hệ truyền ®éng g©y nguy hiĨm cho kÕt cÊu cịng nh− ®é bền khác làm giảm tuổi thọ gây cố làm h hỏng tổ máy toàn công trình trạm đặc biệt loại máy bơm có kết cấu động học dài (trục bơm từ ữ 20m) Trên đờng đặc tính động Mđ đặc tính tải MC máy bơm (Hình 1.5) Ta có điểm làm việc xác lập hệ truyền động điện máy bơm Mc ω ®iĨm A [2] A M® Mk®b M Mc Mkđbđ Hình 1.5- Đặc tính đ/c KĐB (Mđ) Máy bơm (Mc) Do Mômen phụ tải bơm tỷ lệ với bình phơng tôc độ nên giai đoạn tốc độ thấp (mới bắt đầu quay) động khởi động gần nh không tải mà có tăng thêm Mômen quán tính hệ Mômen cản tĩnh ma sát gây ra.(Mco) Trên thực tế máy bơm thuỷ lợi Mômen khởi động ban đầu -10- ... dụng điện trạm bơm thuỷ lợi 2) - Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn vấn đề nâng cao chất lợng truyền động điện máy bơm 3) - Đề suất giải pháp nâng cao chất lợng truyền động điện máy bơm có công suất. .. bất lợi cho hệ thống cung cấp điện 1.3 Hệ thống truyền động điện máy bơm 1.3.1 Chất lợng hệ thống truyền động điện máy bơm thuỷ lợi Để đánh giá chất lợng hệ thống truyền động điện( TĐĐ) máy bơm vào... kiện Việt Nam, Nghiên cứu nâng cao chất lợng truyền động điện máy bơm nớc thuỷ lợi công suất lớn 7 5kW việc làm thiết Để đạt đợc mục tiêu cần thực nội dung nghiên cứu sau: 1) - Nghiên cứu tổng quan