Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát trạm máy biến áp, máy phát điện cho trạm điện của liên doanh dầu khí vietsovpetro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lương Minh Tuấn XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM MÁY BIẾN ÁP – MÁY PHÁT ĐIỆN CHO TRẠM ĐIỆN CỦA LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Điều khiển tự động hóa Hà Nội, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lương Minh Tuấn XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM MÁY BIẾN ÁP – MÁY PHÁT ĐIỆN CHO TRẠM ĐIỆN CỦA LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hoàng Minh Sơn Hà Nội, 2013 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân tơi dƣới hƣớng dẫn khoa học Phó giáo sƣ - Tiến sĩ: Hoàng Minh Sơn Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố dƣới hình thức trƣớc trình bảo vệ công nhận “Hội Đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật” Một lần nữa, xin khẳng định trung thực lời cam kết Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả luận văn Lƣơng Minh Tuấn Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn Tác giả xin chân trọng cảm ơn: Sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Hồng Minh Sơn – Bộ môn Điều khiển tự động – Viện Điện Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy cô Bộ môn Điều khiển tự động Viện Điện, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Lãnh đạo xí nghiệp đồng nghiệp xí nghiệp Cơ Điện – Liên doanh Việt Nga, Vietsovpetro nơi tác giả công tác Đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu tác giả Mặc dù có nhiều cố gắng việc nghiên cứu nhƣng kết cịn nhiều hạn chế thời gian có hạn lƣợng thơng tin cần thu thập tìm hiểu nhiều Tác giả trân trọng cảm ơn ý kiến đóng góp xây dựng Thầy/Cô bạn bè đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu đƣợc hoàn thiện đƣợc ứng dụng thực tế Xin chân trọng cảm ơn / Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả luận văn Lƣơng Minh Tuấn Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ,… MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRẠM 4,2 10 1.1 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN TRONG TRẠM 4,2 10 1.2 MÁY BIẾN ÁP NGUỒN 13 1.3 CÁC TỔ MÁY DIESEL – MÁY PHÁT ĐIỆN 17 1.4 CÁC LỘ PHỤ TẢI 26 1.5 TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH-GIÁM SÁT HẠN CHẾ HIỆN NAY CỦA TRẠM 26 1.6 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN CẢI TẠO, NÂNG CẤP SƠ BỘ 27 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 29 2.2.1 Các trƣờng hợp thiết kế điều khiển tự động 33 2.2.1.1 Trƣờng hợp vận hành máy biến áp nguồn từ lƣới Vũng Tàu 33 2.2.1.2 Trƣờng hợp vận hành máy phát điện có điện từ lƣới Vũng Tàu 34 2.2.2 Cách thực chi tiết phƣơng án điều khiển tự động 34 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG ÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG VẬN HÀNH – GIÁM SÁT 44 3.1 HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUÁ TRÌNH 44 3.2 GIAO DIỆN NGƢỜI MÁY 45 Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn CHƢƠNG 4: PHƢƠNG ÁN CẢI TẠO, NÂNG CẤP CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN 52 4.1 Bộ điều khiển lập trình PLC 52 4.2 Bay Control Unit 53 4.2.1 Chức điều khiển 53 4.2.2 Chức giám sát 53 4.2.3 Chức bảo vệ 54 4.2.4 Chức HMI 54 4.2.5 Chức ghi liệu 54 4.2.6 Khả kết nối truyền thông 54 4.2.7 Tính khác 54 4.2.8 Một số ví dụ điều khiển Bay Control Unit 54 4.3 Rơle số đa 56 4.3.1 Rơle số đa bảo vệ máy phát điện 57 4.3.2 Rơle số đa bảo vệ máy biến áp 61 4.4 Thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát 70 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Các bảo vệ máy biến áp sử dụng trạm 4,2 16 Bảng 2: Các thông số động Diesel Г-72 18 Bảng 3: Các chức bảo vệ rơle SR489 60 Bảng 4: Các bảo vệ máy biến áp theo tiêu chuẩn IEC 62 Bảng 5: Các bảo vệ máy biến áp đƣờng dây sử dụng trạm 4,2 64 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ mặt gian máy phòng điều khiển 11 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện trạm điện 4,2 12 Hình 3: Hình ảnh máy biến áp 10000kVA trạm 4,2 13 Hình 4: Sơ đồ đấu nối mạch đo lƣờng máy biến áp 10000kVA trạm 4,2 15 Hình 5: Hình ảnh máy phát điện trạm 4,2 19 Hình 6: Hệ thống phân phối nhiên liệu cho máy diesel 22 Hình 7: Hệ thống khí nén khởi động 23 Hình 8: Hệ thống nƣớc làm mát máy diesel 24 Hình 9: Hệ thống nhớt bôi trơn máy diesel 25 Hình 10: Sơ đồ đề xuất kết nối thiết bị điều khiển giám sát 28 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý cấp điện trƣờng hợp vận hành máy biến áp 30 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý cấp điện trƣờng hợp vận hành máy phát 32 Hình 13: Sơ đồ mạch SFC tổng quát 35 Hình 14: Sơ đồ mạch SFC diễn giải bƣớc S5 37 Hình 15: Sơ đồ mạch SFC diễn giải bƣớc S6 40 Hình 16: Sơ đồ điều khiển điều chỉnh điện áp tần số 41 Hình 17: Sơ đồ mạch lôgic khởi động máy diesel số 42 Hình 18: Sơ đồ mạch lôgic dừng máy diesel số 43 Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn Hình 19: Sơ đồ cấu trúc hình điều khiển giám sát vận hành 47 Hình 20: Màn hình điều khiển giám sát tổng thể 48 Hình 21: Màn hình giám sát vận hành máy hệ thống 49 Hình 22: Màn hình giám sát vận hành máy biến áp 50 Hình 23: Màn hình giám sát vận hành máy phát điện 51 Hình 24: Bộ bảo vệ công suất ngƣợc máy phát 57 Hình 25: Rơle số đa bảo vệ máy phát điện SR489 GE 58 Hình 26: Sơ đồ dây rơle SR489 chức bảo vệ 59 Hình 27: Hệ thống rơle khí bảo vệ máy biến áp hữu 61 Hình 28: Rơle số đa bảo vệ máy biến áp RET 543 hãng ABB 66 Hình 29: Rơle số đa bảo vệ máy biến áp MICOM P632 hãng Schneider 66 Hình 30: Rơle số đa bảo vệ máy biến áp SR745 hãng GE 67 Hình 31: Sơ đồ dây rơle SR745 chức bảo vệ 68 Hình 32: Sơ đồ phƣơng án đấu nối rơle SR745 69 Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trạm điện 4,2 trạm điện đóng vai trị quan trọng việc cung cấp điện an toàn liên tục cho đơn vị sản xuất bờ Liên doanh Vietsovpetro Hiện trạm điện đƣợc trang bị máy biến áp hạ áp 22/6.3kV công suất 10.000kVA tổ máy phát điện điện áp 6.3kV, công suất tổ máy 700kW Bình thƣờng trạm đƣợc lấy điện từ lƣới Vũng Tàu qua máy biến áp 22/6.3kV sau cung cấp lên trạm, điện từ lƣới Vũng Tàu nhân viên vận hành phải khởi động tổ máy dự phòng lên để cấp điện lên trạm Thời gian vận hành chuyển đổi trung bình khoảng 30-45 phút không để xảy trục trặc nào, thời gian điện tƣơng đối lâu so với yêu cầu sản xuất thực tế đơn vị Liên doanh, làm ảnh hƣởng đến sản xuất hiệu kinh tế Hơn tất thao tác từ cắt máy cắt, chạy máy phát, hồ máy, đóng điện trở lại phải vận hành tay từ đến nhân viên vận hành Các thiết bị bảo vệ sử dụng rơle khí nên cịn thiếu chức bảo vệ, cồng kềnh, tin cậy Một vài năm trở lại nhu cầu sử dụng điện nƣớc nói chung Vũng Tàu nói riêng lớn mà nguồn điện phát triển chƣa tƣơng xứng để đáp ứng đủ nhu cầu nên thƣờng xảy điện vào mùa hè nên trạm 4,2 thƣờng xuyên phải vận hành máy phát dự phịng nguồn điện lƣới Để cơng tác vận hành trạm đƣợc nhanh chóng, an tồn, tin cậy, tiết kiệm thời gian nhân lực vận hành đại hoá trạm điện tác giả đề xuất phƣơng án cải tạo hệ thống điện trạm 4,2 mà trọng tâm đề xuất phƣơng án để trạm tự động khởi động máy phát dự phòng chắn nguồn điện lƣới Vũng Tàu để cấp điện trở lại cho phụ tải, tự động dừng máy phát dự phòng nguồn điện lƣới có trở lại Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Tác giả thực đề tài nhằm mục đích đề xuất giải pháp nâng cấp, đại hoá trạm điện 4,2 với hệ thống bảo vệ, điều khiển giám sát bao gồm chức sau: - Bảo vệ tự động - Điều khiển tự động quy trình chuyển nguồn, khởi động/dừng máy phát, đóng/cắt máy cắt, dao cách ly máy biến áp, máy phát phụ tải - Điều khiển hoà đồng máy phát - Giám sát vận hành phần mềm giao diện ngƣời-máy - Quản lý lƣu trữ liệu vận hành - Xuất tín hiệu cảnh báo, báo động, thơng báo hình điều khiển trung tâm NỘI DUNG CẦN THỰC HIỆN Để đạt đƣợc mục tiêu đặt ra, luận văn cần thực thiện nội dung nhƣ sau: - Nghiên cứu tính năng, tác dụng phƣơng pháp kết nối thiết bị sử dụng cho giải pháp thiết bị sử dụng mạng truyền thông công nghiệp nhƣ rơle số đa năng, cảm biến số, RTU, PLC, phần mềm giám sát HMI - Nghiên cứu áp dụng sơ đồ SFC cho điều khiển hệ thống điện trạm.Đƣa phƣơng án điều khiển tự động dùng sơ đồ SFC bao gồm: tự động chạy/dừng máy phát điện, tự động hoà máy phát, tự động chuyển đổi lộ máy cắt để cấp điện cho phụ tải Đề xuất cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát cho toàn trạm Đƣa cấu trúc kết nối module truyền thông.Thống kê chọn chủng loại thiết bị, phần mềm cần thiết cho bổ sung, thay để đáp ứng nhu cầu tự động hoá trạm Thiết kế giao diện HMI sử dụng để giám sát vận hành Page of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn 4.3.2 Rơle số đa bảo vệ máy biến áp Hệ thống bảo vệ máy biến áp sử dụng bảo vệ loại rơle khí Nga đời cũ sử dụng 25 năm Sơ đồ phức tạp sửa nhiều lỗi, bố trí lắp đặt nhiều nơi không mỹ quan Độ tin cậy bảo vệ chƣa cao Chƣa đầy đủ bảo vệ máy biến áp theo tiêu chuẩn IEC Hình 27: Hệ thống rơle khí bảo vệ máy biến áp hữu Page 61 of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn Bảng 4: Các bảo vệ máy biến áp theo tiêu chuẩn IEC Dạng bảo vệ IEC Symbol IEEE Code Bảo vệ so lệch dọc 3I >, 3I >> 87T Bảo vệ ngắn mạch dòng 3I> 51 3I>> 50/51/51 3I>>> 50/51B 3I> -> 67 3I>> -> 67 3I>>> -> 67 Z< 21G Z/SEF 51N Io>> 50N/51N Io>>> 50N Io>/SEF -> 67N/51N Io>> -> 67N Io>>> -> 67N Uo> 59N Uo>> 59N Uo>>> 59N Io > 87N Io >> 87N Io >>> 87N Bảo vệ nhiệt 3 49T Bảo vệ thứ tự nghịch I2> 46 Bảo vệ tải có hƣớng Bảo vệ tổng trở Bảo vệ chạm đất Bảo vệ chạm đất có hƣớng Bảo vệ điện áp Bảo vệ so lệch ngang Page 62 of 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HVTH: Lương Minh Tuấn Bảo vệ áp Bảo vệ áp Bảo vệ tần số I2>> 46 3U> 59 3U>> 59 3U< 27 3U