đồ án điều khiển hệ thống điện

GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS LỜI NÓI ĐẦU Như biết, điện truyền tải từ nhà máy phát điện đến phụ tải cần phải qua trạm biến áp Việc truyền tải điện từ lưới đến hộ dùng điện xảy cố dường dây cung cấp như: Mất pha đứt dây bị ngược pha, điện áp dòng điện khác trị số danh định tải bị ngắn mạch Các cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố hỏng đường dây cung cấp thời tiết mưa bão, đỗ vào đường dây, xảy cố trạm biến áp, đặt biệt cố đường dây 500KV vào ngày 22/5 gây điện toàn 22 tỉnh, thành khu vực miền nam Hiện tượng điện cố khơng thể xảy phụ tải đặc biệt yêu cầu cấp điện 24/24 như: Bệnh viện, văn phòng phủ, hội trường quốc hội, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khách sạn cao cấp, Do vậy, cần phải có nguồn dự phịng để xảy cố nguồn sử dụng ta đưa nguồn dự phòng vào phụ tải cắt nguồn dự phòng khỏi lưới Nhưng để giảm thời gian điện phụ tải tránh hậu đáng tiếc xảy ra, nguồn điện dự phòng thiết phải kèm với thiết bị tự động đổi nguồn A.T.S (Automatic Transfer Switch) Với đồ án thiết kế tự động chuyển đổi nguồn A.T.S Lưới-Máy phát Toàn thuyết minh thiết kế chia làm phần: I II Phần A: Tổng quan hệ thống ATS, Nguồn máy phát điện DIESEL dự phịng Phần B: Tìm hiểu PLC–LOGO, PHẦN MỀM WIN CC 7.4, MÀN HÌNH HMI Phần C: Ứng dụng thiết kế chyển nguồn tự động ATS Chương I: Tính tốn chọn mạch động lực Chương II: Thiết kế mạch điều khiển Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực Đồ án môn học trường Đại Học SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM, với giúp đỡ quý Thầy (Cô ) giáo viên hướng dẫn dạy chúng em mặt thời gian thực đề tài, nên đề tài hoàn thành thời gian quy định Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến : Tất quý Thầy (Cô) khoa Điện giảng dạy kiến thức chuyên môn làm sở để thực tốt đồ án môn học tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm em hồn thành tốt Đồ án môn học Đặc biệt, Thầy TRẦN QUANG THỌ – Giáo viên hướng dẫn đề tài nhiệt tình giúp đỡ cho chúng em lời dạy quý báu, giúp chúng em định hướng tốt thực Đồ Án Tất bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình làm Đồ án mơn học Mặc dù nỗ lực hết mình, khả năng, kiến thức thời gian có hạn nên khơng thể tránh sai sót lúc thực hiện, chúng em kính mong quý thầy dẫn, giúp đỡ để ngày hoàn thiện kiến thức tự tin bước vào sống với vốn kiến thức có Xin chân thành cảm ơn! Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… TP.HCM, Ngày…….Tháng……Năm 2013 Giáo viên phản biện Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS MỤC LỤC PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ATS III Yêu cầu sử dụng: Trong trình vận hành sử dụng lưới điện tránh khỏi cố mức độ thiệt hại cố gây lớn, chí cịn nguy hiểm đến tính mạng người Do cần phải hạn chế mức thấp thiệt hại cố gây Khái niệm cố hiểu bao gồm : Mất điện, pha, lệch pha, cao áp , thấp áp trị số cho phép Ngày công nghiệp sinh hoạt ngày có loại phụ tải (hộ tiêu thụ) khơng phép điện hay có cố dù thời gian ngắn, điều gây thiệt hại nghiêm trọng người cho Ví dụ nguồn điện cấp cho thiết bị cấp cứu bệnh viện điện thời Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS gian ngắn lấy mạng sống nhiều bệnh nhân Hay nguồn điện cấp cho trung tâm điện toán , hệ thống SCADA- hệ thống kiểm tra điều khiển thu thập liệu điện tồn số liệu theo dõi q trình điều khiển khơng hoạt động được, cơng trình quan trọng cấp quốc gia Hội trường quốc hội, Nhà khách phủ, Ngân hàng nhà nước, Đại sứ quán nước, khu quân sự, sân bay, hải cảng… Một số cơng trình lĩnh vực thương mại dịch vụ ,du lịch khách sạn cấp cao, khu trung tâm thương mại, siêu thị hàng hóa… Đối với tất hộ tiêu thụ đặc biệt cần phải cấp điện cách liên tục để tránh gây thiệt hại Lúc ngồi nguồn lưới điện hộ tiêu thụ loại cần xây dựng nguồn dự phịng để đề phịng có cố với nguồn điện Tương ứng với cần phải có thiết bị thực việc cấp nguồn liên tục cho phụ tải đặc biệt Hiện có loại thiết bị đảm bảo yêu cầu : - Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS (Uninterrupting Power Supply ) - Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS (Automatic Transfer Switch ) Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS: Là thiết bị cấp điên cho phụ tải lưới điện có chất lượng không đạt yêu cầu Thiết bị cấp nguồn liên tục dùng cho phụ tải đặc biệt quan trọng cần nguồn liên tục thiết bị cấp cứu ngành y tế, máy tính cá nhân trung tâm điện tốn… UPS chế tạo với dãy cơng suất từ vài trăm W đến vài trăm KW, đáp ứng cho loại phụ tải khác Công suất UPS phụ thuộc vào nguồn dự phòng (thường accqui ) công suất biến đổi Dung lượng nguồn accqui thường không lớn nên thời gian cấp nguồn UPS thường không dài phụ tải điện lâu dài sau thời gian làm việc để giải nhiệm vụ cấp thiết , sau UPS dừng làm việc Hiện thường có loại UPS loại có chuyển mạch loại không chuyển mạch Sơ đồ khối loại UPS hình vẽ : Lưới Lưới CM CL Tải CL NL Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang NL Lọc Tải GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ AQ a Loại có chuyển mạch Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS AQ b Loại khơng chuyển mạch HÌNH AQ : Khối accqui CL : Khối chỉnh lưu NL : Khối nghịch lưu CM : Khối chuyển mạch Lọc: Khối lọc thành phần sóng bậc cao Loại UPS có chuyển mạch (hình 1.a) Khối AQ nạp qua chỉnh lưu trạng thái chờ lúc chuyển mạch nối với lưới Khi lưới (sự cố) chuyển mạch tự động chuyển tải phía AQ Điện chiều từ AQ qua nghịch lưu biến đổi thành điện xoay chiều với điện áp tần số phù hợp với tải Với công suất thấp , khối chuyển mạch rơle điện cịn cơng suất cao chuyển mạch thường dùng van bán dẫn, làm việc chế độ đóng ngắt Đặc điểm UPS kiểu cấu tạo đơn giản, điện áp chưa thật chuẩn thiếu lọc, thời gian tác động chậm phải qua chuyển mạch thường chế tạo với cấp cơng suất đến cỡ kW Loại UPS khơng có chuyển mạch (hình 1.b) điện lưới xoay chiều chỉnh lưu chuyển thành điện chiều , vừa nạp cho AQ , vừa đưa đến nghịch lưu lọc cấp cho phụ tải Loại UPS có cấu tạo phức tạp có nhiều ưu điểm loại Với tiến kỹ thuật điện tử điều khiển , loại UPS dùng rộng rãi hệ cấp nguồn đòi hỏi chất lượng cao Cả hai loại UPS có chung nhược điểm thời gian hoạt động khơng dài phụ thuộc nhiều vào dung lượng AQ Cần lưu ý khối AQ đóng vai trị đặc biệt quan trọng phận dễ hỏng hóc cơng tác bảo vệ chăm sóc AQ vô quan trọng , phải thực thường xuyên theo chế độ định Chính nhược điểm lớn mà UPS khơng sử dụng rộng rãi thiết bị tự động chuyển nguồn ATS hộ tiêu thụ đặc biệt nói Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS 2.1 Tổng quan công dụng hệ thống ATS: Vấn đề đảm bảo tính liên tục hệ thống cung cấp điện nhu cầu cần thiết cho sinh hoạt, quan Nhà nước, đặc biệt sản xuất công nghiệp.…Một Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS phương pháp thường sử dụng để đảm bảo tính nói (trong việc cung cấp điện) sử dụng hệ thống chuyển mạch tự động (ATS) ATS (Automatic Transfer Switch) hệ thống điều khiển dùng chuyển đổi phụ tải (Load), cung cấp từ lưới điện (Main Utility) sang nguồn dự phòng dùng máy phát điện (Generator); lưới điện xảy cố (mất điện, pha, điện áp nguồn giảm thấp hay tăng cao, ) Khi lưới điện hoạt động ổn định bình thường trở lại: hệ thống ATS chuyển đổi phụ tải vận hành với lưới điện sau cắt dừng máy phát điện dự phịng NGUỒN ĐIỆN LƯỚI (MAIN UTILITY) HỆ THỐNG ATS MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHỊNG (GENERATOR) PHỤ TẢI LOAD HÌNH 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ATS Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS Hình 3: Sơ đồ kết nối hệ thống ATS với lưới điện Việc chuyển đổi phụ tải từ nguồn điện lưới sang nguồn máy phát dự phịng ( hay ngược lại ) hoạt động theo chế độ tự động (nếu chọn trạng thái hoạt động AUTO cho hệ thống ATS) điều khiển tay (nếu hệ thống ATS vận hành chế độ HANDY hay MANUAL) Sơ đồ khối hệ thống Tủ ATS (loại có hai nguồn cung cấp vào ATS) mơ tả (hình 2) 2.2 Các nhiệm vụ ATS Các nhiệm vụ ATS liệt kê sau :  Khi có cố xảy (mất pha, thấp áp ,quá áp , nguồn) nguồn điện lưới , ATS có nhiệm vụ :  Ngừng cung cấp nguồn lưới vào phụ tải  Khởi động động sơ cấp (máy nổ Diesel )  Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải  Trong trình máy phát cung cấp cho phụ tải (thay cho nguồn lưới xãy cố) ; nguồn điện lưới có lại tình trạng ổn định, nhiệm vụ ATS lúc :  Ngắt nguồn điện cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải  Đóng lại nguồn điện lưới vào tải  Tạo tín hiệu dừng động sơ cấp (động Diesel) máy phát ; sau thời gian tổ máy phát vận hành trạng thái khơng tải Nguồn dự phịng đường dây khác song song nguồn dự phòng máy phát DIEZEL Tuỳ theo tính tốn kinh tế kĩ thuật hộ tiêu thụ mà sử dụng nguồn dự phòng cho hợp lý Tương ứng với nguồn dự phòng ta có hai loại ATS Khi nguồn dự phịng lưới ta có ATS lưới- lưới, nguồn dự phịng máy phát ta có ATS lưới - máy phát Nhìn chung hai loại ATS giống , nhiên thiết kế chế tạo , hoạt động ATS lưới - máy phát có phức tạp có thêm phận khởi động máy DIEZEL Mặt khác xảy cố với máy phát điện cố thường xuyên xảy Do yêu cầu loại ATS cao Cấu trúc khối hai loại ATS thể ( hình 3) Với nguồn dự phịng lưới điện khác lúc nguồn dự phịng hoạt động lâu dài giống lưới Cịn nguồn dự phòng máy phát DIEZEL Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS việc vận hành máy phát thời gian dài không kinh tế, trường hợp lưới điện lâu dài cho máy phát hoạt động thời gian định đó, giải xong nhiệm vụ quan trọng dừng máy Khi nguồn có điện trở lại ổn định tác động trả tải lại cho nguồn Nên thiết kế ATS lưới- máy phát cần phải đảm bảo thực yêu cầu sau: Khi lưới có cố với lý phải phát lệnh khởi động máy DIEZEL  Và chuyển tải cho nguồn dự phòng chất lượng điện đầu máy phát đạt yêu cầu  Khi có điện lưới trở lại , kiểm tra mức độ ổn định lưới chuyển tải trở lưới nguồn đủ thời gian ổn định Sau chuyển tải máy phát chạy không tải thời gian tự động dừng lại điều kiện làm mát máy bảo đảm Khi điện lưới lâu dài xét thấy vận hành máy phát khơng có lợi nhu cầu  sản xuất khơng cấp bách ,lúc cho máy vận hành thời gian đủ giải vấn đề quan trọng cho máy dừng lại Sơ đồ cấu trúc hai loại ATS 2.3 ĐK MBA KĐ MBA DZ MBA ĐK CB1 CB1 SS1 SS2 SS2 CM Tới Tải a HÌNH 4: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HAI LOẠI ATS : Máy biến áp nguồn CB1 ,CB2: Aptomat nguồn Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện CB2 SS CM MBA G CB2 Trang 10 Tới Tải b ... HÌNH 2: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ATS Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS Hình 3: Sơ đồ kết nối hệ thống ATS với lưới điện Việc... án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang 15 GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS Trang 16 GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ VI Đồ án: Thiết kế... tâm, điều hồ nhiệt độ Đồ án : Điều Khiển Hệ Thống Điện Trang 22 GVHD:T.S TRẦN QUANG THỌ Giao thông Đồ án: Thiết kế tự động chuyển đổi nguồn ATS Sân bay Hệ thống điều khiển trung tâm, chiếu sáng