Lý thuyết trạm phát điện tàu thủy 2

Lý thuyết trạm phát điện tàu thủy 2File tổng hợp những kiến thức quan trọng trong môn trạm phát 2 hỗ trợ sinh viên ôn thi cuối kì.Gồm có các mục sau:1. Kiểm tra cách điện trong trạm phát2. Máy phát đồng trục3. Trạm phát điện sự cố4. Bảng điện bờ5. Bảng điện chính6. bản điện ắc quy7. Hệ thống chiếu sáng8. Bảo vệ trạm phát9. Tự động hóa trạm phát điện tàu thủy10. Bộ deepsea 73208610

NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM LÝ THUYẾT TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY 1) Kiểm tra cách điện trạm phát 1.1 Điện trở cách điện trạm phát - Điện trở cách điện trạm phát điện cách điện vỏ tàu - Nếu điện trở cách điện thấp gây hậu sau: + Khi Rcd thấp gây phóng điện, người vận hành chạm vào thiết bị bị giật + Khi cách điện thấp gây phóng điện, ngắn mạch, phá hủy thiết bị điện gây nguy hiểm cho tàu + Rcd thấp gây dòng rò pha qua phần kim loại tàu làm nhiệt độ tăng lên phá hủy nhanh => Vì tàu thủy phải có trang bị đo giám sát Rcd Thông thường tàu thủy có bảng điện đo Rcd cho mạng điện 380V (440VAC) 220VAC - Nguyên nhân gây Rcd thấp: + Do môi trường: độ ẩm, muối, dầu mỡ, bụi bẩn, nhiệt độ cao tác động học khác + Già hóa tự nhiên vật dẫn điện dẫn đến dần tính cách điện chúng + Do cách điện phụ tải công suất lớn thấp (động neo, động lai chân vịt mũi, ) dẫn đến Rcd tram phát thấp - Quy định điện trở cách điện trạm phát: Rcd trạm phát tối thiểu > 0,5 Megaohm Rcd = 0,5 Megaohm phải báo động 1.2 Bảng điện kiểm tra điện trở cách điện - Bảng điện kiểm tra Rcd có chức đo giám sát Rcd, Rcd thấp gửi tín hiệu báo động đèn, cịi - Các phần tử bảng điện kiểm tra Rcd: + Hệ thống đèn (earth lamp): gồm bóng đèn + Thiết bị giám sát cách điện: rơ le giám sát cách điện, lấy Rcd thực trạm phát, có nút đặt Rcd Nếu Rcd thực nhỏ giá tri đặt đưa tín hiệu báo động + Nút nhấn kiểm tra (earth lamp test) + Đồng hồ đo Rcd megaohm kế NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM Các thiết bị bảng đo Rcd 1.3 Các phương pháp kiểm tra điện trở cách điện ❖ Kiểm tra hệ thống đèn - Sơ đồ sau: Kiểm tra cách điện hệ thống đèn - Khi không nhấn nút ELS, đèn EL sáng sau - Khi nhấn nút ELS để kiểm tra, đèn EL sáng sau, megaohm kế (IRM) vơ cách điện tốt, ví dụ pha R bị chạm vỏ, đèn pha EL pha R tắt, pha lại sáng NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM ❖ Kiểm tra vôn kế - Sơ đồ sau: R S T V V V R V Sơ đồ kiểm tra cách điện vơn kế - Ngun lí sau: Nếu Rcd ba pha nhau, ba vôn kế thị trị số điện áp pha Các trị số R Rcd pha R, S, T với max Nếu Rcd pha R nhỏ vơn kế điện áp nhỏ U pha ❖ Kiểm tra nguồn chiều - Người ta dùng dòng DC để đo, kiểm tra cách điện tàu thủy với nguyên lí sau: đặt điện áp chiều nguồn điện mạng xoay chiều cần đo Rcd dựa vào trị số dịng điện để suy trị số Rcd (Rcd = U / I) 2) Tính tốn cơng suất trạm phát (gt) 3) Tính tốn sụt áp trạm phát (gt) 4) Tính toán ngắn mạch trạm phát (gt) 5) Máy phát đồng trục 5.1 Khái quát chung - Máy phát đồng trục máy phát có trục đồng trục với máy lai chân vịt - Ưu điểm máy phát đồng trục: + Do số lượng động diesel lại nên giảm bớt ô nhiễm môi trường, giảm tiếng ồn + Giảm bớt chi phí bảo dưỡng, phục vụ cho diesel + Giảm bớt không gian lắp đặt máy + Tổng đầu tư MPDT nhỏ máy phát diesel lai NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM - Nhược điểm: + Nếu máy chạy tải nhỏ hiệu suất thấp + Làm tăng tải máy chính, tăng nhiên liệu, tăng dầu bôi trơn + Không phát điện tàu đỗ bến + Đòi hỏi phải có phương pháp ổn định tần số (do tốc độ chân vịt thay đổi theo thời gian nên tần số máy phát không ổn định) 5.2 Các phương pháp ổn định tần số cho máy phát đồng trục: - PP1: Dùng biến tần (inverter): + Nguyên lí: Máy phát đồng trục phát điện => chỉnh lưu thành điện chiều => nghịch lưu điều chỉnh tần số để tạo U, f = const + Hiện nay, phương pháp sử dụng tàu thủy, nhiên sử dụng phương pháp cần có biến tần cơng suất lớn đắt tiền Sơ đồ ổn định tần số dùng biến tần + Trong phương pháp này, phải dùng thêm máy bù đồng để bù công suất phản kháng Q, nhằm cải thiện cosphi cho lưới điện tốc độ máy bị thay đổi - PP2: Ổn định theo nguyên tắc học (thông qua khớp nối máy máy phát đồng trục) Phương pháp dùng khí (bánh răng, hộp số), nam châm điện, thủy lực + Dùng khí: Trục MPDT máy nối với hộp bánh hành tinh, hộp bánh có bánh ăn khớp trong, ăn khớp ngồi Với mục đích thay đổi tỷ số truyền từ trục chủ động sang trục bị động Hệ thống hoạt động theo độ lệch nên giữ ổn định tốc độ n2, từ tần số nguồn điện phát từ MPDT không bị thay đổi tốc độ chân vịt thay đổi NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM Sơ đồ ổn định tần số dùng khí + Dùng thủy lực: thay đổi lưu lượng dòng chảy: dùng hộp số thủy lực vơ cấp, trục máy gắn với bơm dùng để bơm chất lỏng từ két lên dòng chất lỏng tác động vào bơm SG từ làm thay đổi tốc độ SG Sơ đồ có lấy dịng chất lỏng đưa vào để điều chỉnh dòng chất lỏng thay đổi sau đưa chất lỏng bơm SG giữ cho tốc độ SG khơng đổi Mơ hình khớp thủy lực – Tua bin NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM + Dùng nam châm điện: thay đổi lực hút nam châm điện Khớp nối điện từ ổn định tần số SG (1): Trục quay đồng trục với máy MPDT (2): Ổ đở (3): Trống rỗng hình trụ (4): Trống kim loại chủ động (5): Cuộn dây điện từ nạp dòng điện điều khiển dòng DC Sơ đồ khối ổn định tần số MPDT dùng nam châm điện từ NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM - PP3: Dùng máy phát điện DC làm MPDT, máy phát điện DC có tần số khơng đổi nên tần số khơng phụ thuộc vào máy Nhược điểm: hiệu suất thấp, giá thành cao, sử dụng nhiều máy phát lúc Ổn định tần số dùng máy phát điện chiều làm MPDT 5.3 Các phương pháp ổn định điện áp cho MPDT - Các phương pháp ổn định điện áp cho máy phát đồng trục giống phương pháp ổn định điện áp cho máy phát điện, bao gồm sau: ❖ Điều chỉnh điện áp theo nguyên lí nhiễu loạn: - Nguyên lí nhiễu loạn hoạt động cách phản hồi dịng (nhờ biến dòng) phản hồi áp (nhờ biến áp) - Có loại phức hợp dịng phức hợp pha - Phức hợp dòng (bù dòng): Là hệ thống DCDA có tín hiệu dịng tín hiệu áp cộng lại phía chiều (sau chỉnh lưu) Loại ổn định điện áp theo nguyên nhân dòng điện tải, nên sử dụng tàu Hệ thống DCDA theo ngun lí phức hợp dịng NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM - Phức hợp pha: hệ thống DCDA có tín hiệu dịng tín hiệu áp cộng lại phía xoay chiều (trước chỉnh lưu) Phương pháp bao gồm phức hợp pha song song phức hợp pha nối tiếp Ưu điểm hệ thống phức hợp pha bền, chắc, hư hỏng, nhiên ổn định điện áp dòng tải cosphi thay đổi, nguyên nhân khác khơng ổn định được, độ xác khơng cao + Phức hợp pha song song: tín hiệu dịng tín hiệu áp song song với cuộn kích từ (cộng dịng) Hệ thống DCDA theo nguyên lí phức hợp pha song song + Phức hợp pha nối tiếp: tín hiệu dịng tín hiệu áp nối tiếp với cuộn kích từ (cộng áp) Hệ thống DCDA theo nguyên lí phức hợp pha nối tiếp NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM - Sơ đồ vecto: Sơ đồ vecto dòng tải thay đổi cosphi thay đổi ❖ Điều chỉnh điện áp theo nguyên lí độ lệch - Hệ thống DCDA theo nguyên lí độ lệch không quan tâm nguyên nhân làm điện áp máy phát, quan tâm khác điện áp thực máy phát điện áp đặt Từ đưa để điều chỉnh Ikt để thay đổi điện áp máy phát Hệ thống DCDA theo nguyên lí độ lệch - Ưu điểm độ lệch độ xác cao, tin cậy, nhiên hệ thống gồm linh kiện điện tử nên dể hư hỏng NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM ❖ Điều chỉnh điện áp theo nguyên lí kết hợp: - Hệ thống khắc phục nhược điểm tận dụng ưu điểm độ lệch phức hợp - Trong hệ thống kết hợp, có phần độ lệch phức hợp pha + Phần phức hợp pha gọi phần điều chỉnh, có tác dụng tăng điện áp lên 110%Udm + Phần độ lệch cịn gọi phần hiệu chỉnh, có tác dụng dìm áp \ Hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM 11) Bảo vệ trạm phát 11.1 Ý nghĩa bảo vệ trạm phát - Việc bảo vệ cho trạm phát mang ý nghĩa quan trọng sau đây: + Tự động ngắt mạch phần tử có cố, tách khỏi phần tử khác hoạt động bình thường Hình thức bảo vệ có tác dụng ngăn ngừa hậu tiếp theo, đưa đến ngắn mạch phần tử khác + Tự động ngắt mạch số phần tử thuộc hệ thống điện (ví dụ máy phát bị tải, tự động ngắt bớt phụ tải, để giảm bớt dòng cho máy phát) dự báo chế độ công tác khác với chế độ cơng tác định mức, mà ta kể sau + Dịng cơng tác xấp xỉ lớn dịng định mức, điện trở cách điện hệ thống giảm giới hạn cho phép v.v 11.2 Các yêu cầu - Các yêu cầu sau: + Bảo vệ phải có tính chọn lọc (máy bị cố, ngắt máy thơi) + Bảo vệ phải có tính tác dụng nhanh (có quy định thời gian, giảm tối thiểu hư hỏng) + Bảo vệ phải có độ tin cậy 11.3 Các loại bảo vệ trạm phát - Bảo vệ ngắn mạch: dùng cầu chì, ACB - Bảo vệ tải: dùng rơ le dòng cực đại (trong ACB có tích hợp rơ le này) đưa tín hiệu để thực chức khởi động thêm máy phát dự phịng ngắt tải khơng quan trọng - Bảo vệ công suất ngược: + Công suất ngược tượng mà máy phát điện làm việc chế độ động cơ, máy phát khơng phát P mà cịn nhận ngược lại công suất từ lưới, kim Oát kế quay ngược chiều kim đồng hồ P < + Nguyên nhân tượng hòa máy phát, tần số máy phát cần hòa nhỏ tần số lưới thấp (có thể dầu vào diesel, kích từ), khớp nối diesel máy phát bị hỏng + Hậu làm cho máy phát khác bị tải, làm điện toàn tàu, gây xoắn trục diesel NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM + Trên tàu thủy, người ta dùng rơ le bảo vệ công suất ngược RPR (Reverse Power Relay) Khi máy phát bị cơng suất ngược 𝜑 = (𝜑𝑖 , 𝜑𝑢 ) + 180°, rơ le lấy tín hiệu dịng tín hiệu áp đưa vào nhạy pha để cảm nhận chiều công suất, đưa tới khâu khuyếch đại, triger rơ le đóng ngắt tiếp điểm đưa tín hiệu ngắt điện tới cuộn UVT ACB, làm ACB mở ra, máy phát ngắt khỏi lưới + Trong RPR, có đại lượng quan trọng phần trăm công suất ngược thời gian bảo vệ công suất ngược Sơ đồ khối relay bảo vệ công suất ngược điện tử (Reverse Power Relay) Sơ đồ nhạy pha phát chiều công suất NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM - Bảo vệ thấp áp: Khi thấp áp, cuộn UVT ACB không đủ điện nhả ACB ra, điện áp đủ 80%Udm UVT đủ điện cho phép đóng ACB 12) Tự động hóa trạm phát điện tàu thủy 13.1 Chức - Các chức tự động hóa trạm phát điện tàu thủy bao gồm: + Tự động ổn định điện áp phân chia tải phản tác dụng máy phát vận hành song song + Tự động ổn định tần số phân chia tải tác dụng máy phát vận hành song song + Tự động hòa đồng đóng mạch vận hành song song + Tự động xác định công suất cần thiết số lượng máy phát chế độ vận hành trạm phát + Đưa máy phát vào hoạt động dừng máy theo thứ tự định trước + Kiểm tra thông số lượng điện thông số công tác máy phát diesel + Đóng mạch phụ tải hầm máy theo chương trình nguồn điện khôi phục sau + Giữ máy phát diesel dự trữ chế độ sẳn sàng làm việc + Khởi động dừng động diesel + Ngắt bớt tải phụ có tượng tải diesel – máy phát 13.2 Các khối - Các thuật tốn tự động hóa trạm phát điện tàu thủy: + Khối xác định số lượng máy phát hoạt động + Khối xác định số lượng máy phát cần thiết dựa yêu cầu tải tàu + Khối gia cơng tín hiệu thiết bị thay đổi chương trình đóng ngắt máy phát + Khối xác định trạng thái cố diesel – máy phát + Khối hình thành lệnh khởi động, dừng máy phát + Khối giữ diesel trạng thái sẳn sàng khởi động + Khối khởi động diesel + Khối dừng máy + Khối đóng tải theo chương trình + Khối tự động hòa song song máy phát NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY Sơ đồ tự động hóa trạm phát tàu thủy ĐH GTVT TP HCM NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM 13.1 Khái quát khối tự động hóa trạm phát ❖ Khối xác định số lượng máy phát hoạt động ❖ Khối xác định số lượng máy phát cần thiết hoạt động NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ❖ Khối xác định thứ tự đóng mở máy phát ❖ Khối xác định trạng thái máy phát ❖ Khối hình thành lệnh khởi động dừng máy ĐH GTVT TP HCM NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM 14) Bộ deepsea 7320 14.1 Khái quát chung - Deepsea điều khiển kĩ thuật số (Digital Controller), coi điều khiển máy phát điện với chức sau: + Khởi động dừng máy phát tay tự động, tự động dừng máy khởi động máy theo tình trạng trạm phát + Hiển thị, giám sát thông số máy phát diesel (điện áp, tần số, tốc độ động diesel, công suất, điện áp ắc quy, áp lực dầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát,…) thơng qua hình LCD + Báo động tự động tắt máy xảy cố (như nhiệt độ nước làm mát cao, áp lực dầu bôi trơn thấp, vượt tốc diesel,…) + Chuyển đổi nguồn tự động (nó có chức giống chuyển đổi nguồn tự động ATS – Automatic Transfer Source) + Báo động ngắt máy phát xảy cố tải máy phát - Ứng dụng tàu thủy: Được dùng cho trạm phát điện cố, máy phát điện bị điện máy phát cố tự động khởi động chạy lên cung cấp lượng cho tải quan trọng tàu, thường lắp cho máy phát cố 14.2 Hình dạng bên ngồi Hình dạng bên ngồi deepsea 7320 NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY 14.3 Sơ đồ chân – nguyên lí hoạt động ❖ Sơ đồ chân: Sơ đồ chân deepsea 7320 ĐH GTVT TP HCM NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM ❖ Nguyên lí hoạt động: - Ngun lí chuyển đổi nguồn điện: + Bình thường, nguồn (lưới điện quốc gia) chạy, nguồn chạy lên, lấy tín hiệu nguồn từ chân 47-48-49-50 để kiểm tra có đủ điện áp tần số hay khơng, sau đủ xuất tín hiệu đóng tiếp điểm 3940 cấp nguồn cho contactor M, tiếp điểm M đóng lại, xuất tín hiệu mở tiếp điểm 41-42 ngắt điện vào contactor G (có nghĩa contactor không làm việc song song với nhau), từ đưa điện từ lưới xuống phụ tải sử dụng + Khi nguồn bị mất, không cảm nhận điện áp từ nguồn nữa, xuất tín hiệu để khởi động nguồn cố lên (máy phát dự phòng) cách đóng tiếp điểm chân 4-5 cấp nguồn cho van nhiên liệu cấp nhiên liệu vào diesel rơ le khởi động diesel, kiểm tra đủ điện áp tần số (lấy tín hiệu U máy phát cố từ 43-44-45) xuất tín hiệu đóng tiếp điểm 41-42, cấp điện vào contactor G, tiếp điểm G đóng vào, mở tiếp điểm 39-40 ngắt điện vào contactor M, từ phụ tải lấy điện từ nguồn cố (máy phát cố) - Nguyên lí giám sát, hiển thị bảo vệ động diesel lai máy phát: + Deepsea lấy tín hiệu từ cảm biến áp lực, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tốc độ, cảm biến mức đưa vào deapsea để giám sát bảo vệ diesel (có thể shut down ngắt diesel) khỏi cố áp lực dầu bôi trơn thấp, nhiệt đô nước làm mát cao, vượt tốc, mức nhiên liệu thấp + Bộ Deapsea bảo vệ tải máy phát cách lấy tín hiệu dịng từ CT vào chân 51-52-53-5, dịng tải tăng q cao có tín hiệu báo động ngắt máy phát + Ngoài ra, Deepsea 7320 cịn có chức bảo vệ q tốc cho diesel lai máy phát, lấy tín hiệu tốc độ bánh đà quay cảm biến tốc độ MPU thông qua chân 24-23-22 đưa vào DSE để xử lý, đo tốc độ diesel, từ ta cài đặt cho khoảng để đưa báo động shutdown máy - Bộ Deepsea sử dụng nguồn DC 24V (battery), nguồn sạc đầy nhờ sạc tự động Charge Alt NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM 15) Bộ deepsea 8610 (DSE 8610) 15.1 Chức - Các chức DSE 8610 bao gồm: + Khởi động dừng máy phát tự động + Giám sát tình trạng thơng số máy phát diesel + Tự động ngắt máy có cố + Chuyển tải máy phát với tay tự động + Tự động hòa phân chia tải tác dụng P - Ứng dụng cho tàu có nhiều máy phát cố, máy phát có riêng kết nối chúng lại với hòa - Các dịng DSE 8610 kết nối với để thực chức hòa phân chia tải qua chân 28-29-30 15.2 Nguyên lí hoạt động ❖ Chức tự động hòa (Hệ thống tự động hòa đồng máy phát điện): - Trong chức tự động hịa, DSE có hai tác dụng: + Điều chỉnh tần số máy phát cần hòa cho 𝑓𝑀𝐹 > 𝑓𝐿 : chức thực cách cấp xung cho động servo dịch nhiên liệu để điều chỉnh lượng nhiên liệu vào diesel => điều chỉnh tốc độ diesel => điều chỉnh tần số máy phát + Chọn thời điểm hịa để lệnh đóng ACB đưa máy phát lên lưới, hệ thống xuất lệnh đóng trước t = thời gian trễ hệ thống + thời gian cấu đóng ACB (đóng trước 12h) - Ngun lí tự động hịa: + Bộ DSE 8610 lấy tín hiệu điện áp thực máy phát cần hịa điện áp lưới để tính điện áp phách Us = UL – UF, sau điện áp phách chỉnh lưu để lấy đường cong điện áp phách, theo điều kiện hịa chia hịa góc trước thời gian trước Đồ thị điện áp phách Us NGUYỄN DUY QUỐC THÁI ĐIỆN TỰ ĐỘNG TÀU THỦY ĐH GTVT TP HCM + Phương trình đường cong điện áp phách Us (điện áp phách tức thời): 𝜔𝐿 − 𝜔𝐹 𝑢𝑠 (𝑡) = 𝑢𝐿 (𝑡) − 𝑢𝐹 (𝑡) = 2𝑈 sin ( )𝑡 Với 𝜔𝐿 − 𝜔𝐹 = 𝜔𝑆 : gọi tần số trượt - Hịa góc trước: + Điều kiện hịa: Điều kiện hịa góc trước + Hệ thống thực chức năng: • Nhạy cảm với 𝜔𝑠 = 𝜔𝑆𝐶𝑃 Khi 𝜔𝑠 > 𝜔𝑆𝐶𝑃 hệ thống tự động cân f • Chọn thời điểm hịa: đóng ACB lên lưới sườn sau điện áp phách Aptomat máy phát đóng trước góc 𝛿 = 𝛿𝑆𝐶𝑃 với giá trị Us = Uscp Đồ thị hịa góc trước + Hệ thống có nhược điểm yêu cầu S  SCP Nếu S