SVTH: Đới Thành Chung Trang 53 - Cấu trúc điển hình của rơle số:
+ Cấu trúc điển hình phần cứng của một rơle. Điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu vào của rơle được lấy qua các máy biến dòng điện và máy biến điện áp từ đối tượng bảo vệ. Lưu ý tín hiệu tương tự chỉ chuyển sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các tín hiệu dòng điện thì trước tiên phải biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách. Ví dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện. Sau đó các tín hiệu này được lọc bằng bộ lọc giải mã.
+ Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ các máy biến dòng điện và máy biến điện áp sau khi được biến đổi thành tín hiệu phù hợp. Các tín hiệu đã được biến đổi này được đưa vào bộ chọn kênh. Bộ xử lý trung tâm sẽ gởi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ chọn kênh đưa vào bộ biến đổi tương tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và đưa vào bộ vi xử lý. Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ mẫu (S/H).
+ Vì các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) thường rất đắt nên khi thiết kế người ta cố gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà trong bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh (multiplexer) để lựa chọn các tín hiệu cần thiết cung cấp cho đầu vào các bộ ADC. Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25 s nên phải duy trì tín hiệu tương tự ở đầu vào của ADC trong suốt quá trình chuyển đổi từ tương tự sang số. Điều này được thực hiện bằng bộ khuyếch đại duy trì và lấy mẫu S/H. Tín hiệu đầu ra của bộ ADC bây giờ có thể biến đổi tùy ý bởi bộ vi xử lý. Nhìn chung trong một rơle số người ta sử dụng nhiều bộ vi xử lý (để thực hiện các chức năng khác nhau). Ví dụ bộ vi xử lý TMS320 để thực hiện thuật toán của rơle, bộ vi xử lý 80186 để thực hiện các phép toán logic. Bộ vi xử lý được đưa vào chế độ làm việc theo chương trình được cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM, đây là bộ nhớ không thay đổi được và không bị mất dữ liệu khi bị mất nguồn. Nó so sánh thông tin đầu vào với các giá trị đặt chứa trong bộ nhớ EEPROM. Các phép tính trung gian được lưu giữ tạm thời ở bộ nhớ RAM.
SVTH: Đới Thành Chung Trang 54
+ Modul nguồn làm nhiệm vụ biến đổi nguồn một chiều thành nhiều nguồn một chiều có cấp điện áp khác nhau để cung cấp cho các chức năng khác nhau của rơle. Đây là bộ biến đổi DC/DC với đầu vào lấy từ acquy, hoặc bộ nguồn chỉnh lưu lấy điện từ lưới điện tự dùng của trạm. Vì nguồn cung cấp từ acquy thường không ổn định trong khi rơle số lại rất nhạy đối với sự thăng giáng của điện áp nên trong nội bộ rơle số đã được tích hợp một nguồn DC phụ có giá trị biến đổi với phạm vi ± 5 V hoặc ± 1 V nhằm ổn định nguồn cung cấp cho rơle số.
+ Những thông tin về phần tử hệ thống điện được bảo vệ được hiển thị trên màn hình của rơ le số và được chuyền đến hệ thống điều khiển trung tâm qua giao thức truyền tin RS485/RS232 Modbus.
Hình 29: Cấu trúc điển hình của rơle số
- Truyền dữ liệu (Communication) của rơle số:
+ Để cài đặt các chương trình vào bên trong rơle.
+ Rơle phải trao đổi dữ liệu với các bộ phận đo lường ở xa.
+ Rơle phải phát ra tín hiệu đi cắt (Trip) và tín hiệu báo động (Alarm) khi có sự cố.
- Không giống các rơle điện cơ và các loại rơle tĩnh khác, rơle số hầu như không cần phải hiệu chỉnh. Việc cài đặt thường thực hiện bằng các chương trình phần mềm từ một máy tính cá nhân hay được tích hợp trong rơle. Vì lý do đó mà một số loại giao diện đã được sử dụng để người dùng trao đổi dữ liệu với rơle.
SVTH: Đới Thành Chung Trang 55
Chương 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1. Hệ điều khiển hệ thống điện
- Như các phân tích về thiết kế hệ thì hệ thống điện động lực của Nhà máy bao gồm có ba khâu chính:
+ Nguồn cấp điện: có bốn nguồn cung cấp điện cho nhà máy gồm lưới điện quốc gia, máy phát tuabin khí, máy phát diezen, ắc quy.
+ Truyền tải trung thế: hệ thống truyền tải, bảo vệ trung thế cùng các thiết bị đóng cắt.
+ Truyền tải hạ thế: hệ thống truyền tải, bảo vệ hạ thế, các thiết bị điện nhiệt và điện hóa cùng các cảm biến phản hồi thông số qua trình sản xuất. - Dựa vào yêu cầu an toàn của công nghệ sản xuất chỉ ra được các đặc tính chính của hệ thống điều khiển sẽ bao phải có khả năng đáp ứng được các yêu cầu sau:
+ Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với phụ tải tiêu thụ.
+ Hạn chế đến mức tối đa sự cố có thể xảy ra với hệ thống cung cấp điện và hệ thống điều khiển.
+ Giám sát và điều khiển các nguồn điện và thiết bị sử dụng điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng, sa thải phụ tải…)
+ Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.
- Qua các yêu cầu về độ đảm bảo cung cấp điện các thiết kế phần cứng phân loại thành các nhóm chức năng như sau:
Nhóm chức năng
Khóa liên động Máy cắt Dao cách ly Tiếp điểm Quá trình trình tự tác động Sự cố máy cắt Tác động liên động Tác động tức thời Quá trình đóng cắt
Thay đổi phương thức vận hành máy biến áp Thay đổi phương thức vận hành thanh cái Khôi phục tải sau sự cố Thay đổi cấu trúc lưới điện Điều khiển phụ tải Sa thải phụ tải Phục hồi tải Phân bố
nguồn Giám sát máy Thay đổi đầu Quản lý tải
SVTH: Đới Thành Chung Trang 56 biến áp phân áp Giám sát điên năng Điều chỉnh luồng công suất Quản lý điện năng Điều chỉnh hệ số công suất
Cài đặt thông số Rơle Máy biến áp Quá trình đóng cắt Cấu hình thiết bị điện thông minh Chức năng giao
diện người- máy
Truy cập vào các thiết bị, giao tiếp với hệ thống PLC, dự báo thông số hệ thống Quan sát trực tuyến, phân tích sóng hài Quan sát toàn hệ thống Ghi nhận các sự kiện, phân tích sự cố
- Với những phân loại thiết kế thiết bị phần cứng của hệ thống cung cấp điện thì hệ thống điều khiển giám sát được thiết kế có các cấu hình đảm bảo khả năng như sau:
+ Thu thập dữ liệu: Dữ liệu cần được thu thập từ rất nhiều nguồn khác nhau của hệ thống điện (hệ thống bảo vệ, điều khiển, công tơ điện, các bộ I/O..., các bộ thu thập dữ liệu tiêu thụ điện của thiết bị tại các phụ tải tiêu thụ.
+ Khả năng phân tích: Dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau ở trên, phải có một bộ xử lý đủ mạnh, với khả năng phân tích cho các mục tiêu vận hành được dựa trên số liệu thời gian thực và cận thời gian thực. Có khả năng truy suất các số liệu quá khứ. Các số liệu thời gian thực và quá khứ cũng được sử dụng cho việc quyết định phương thức vận hành và kế hoạch sản xuất của toàn nhà máy.
+ Giám sát- điều khiển: Dữ liệu được thu thập và xử lý thành thông tin phục vụ công tác vận hành, điều khiển khiển hệ thống điện cũng như được lưu trữ cho các mục đích khác nhau theo yêu cầu trong quản lý và điều tiết hoạt động của hệ thống điện.
+ Trao đổi tham số hệ thống và công suất hai chiều của các khâu: Cả ba bước trên sẽ chỉ có ảnh hưởng tối thiểu lên các các thông số của hệ thống nếu không được tiếp cận và có các tham số hệ thống trong quá trình hoạt động.
SVTH: Đới Thành Chung Trang 57
Hình 30: Cấu hình điều khiển của hệ điều khiển- giám sát hệ thống điện
2.2. Kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị điện thông thường
- Tự động điều khiển máy cắt - dao cách ly/tiếp địa đơn giản là đóng/cắt các tiếp điểm được thực hiện trên bốn nguyên tắc cơ bản: thời gian, tốc độ, dòng điện và hành trình bằng những tín hiệu logic cơ bản.
- Theo phân tích về cấu tạo và sơ đồ điện của máy cắt, dao cách ly/ tiếp địa hợp bộ với máy cắt thực hiện theo một trong các trình tự sau:
+ Các rơ le bảo hệ thống cùng lộ với máy cắt không báo tín hiệu sự cố.
+ Các máy cắt phía lớp ngoài của máy cắt đã được đóng, các máy cắt phụ tải lớp trong bị sa thải.
+ Lệnh đóng/cắt từ hệ thống PLC + khóa “từ xa/giám sát” ở vị trí “giám sát”.
+ Hoặc lệnh đóng/cắt từ tủ điều khiển + khóa “từ xa/giám sát” ở vị trí “từ xa”+ khóa “từ xa/tại chỗ” tại máy cắt ở vị trí “từ xa”.
+ Hoặc lệnh đóng/cắt tại chỗ + khóa “từ xa/ tại chỗ” tại máy cắt ở vị trí “tại chỗ”.
2.3. Kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị điện thông minh
SVTH: Đới Thành Chung Trang 58 - Điều khiển tốc độ và tải: Có ba loại cảm biến tốc độ được gắn gần bánh răng ở trục tuabun ở phía trươc và tín hiệu được truyền tới chức năng điều khiển điện tử trong tủ D-EHC. Tín hiệu từ biến điện áp và biến dòng điện dùng để đo đầu ra máy phát cũng được nối với bộ D-EHC. Tín hiệu được điều chỉnh và khuyếch đại bởi thiết bị D-EHC và được truyền tới bộ chuyển đổi điện-thủy lực. Bộ chuyển đổi điện- thủy lực sau đó chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu yêu cầu thủy lực để điều chỉnh van điều khiển. Các cài đặt tốc độ, tải và giới hạn tải có thể được thay đổi thông qua bảng điều khiển ở phòng điều khiển trung tâm. Và tín hiệu yêu cầu tải từ hệ thống bên ngoài. Có thể được nhận để điều khiển tải sau quá trình duy trì tải ổn định nhiệt.
- Khởi động tuabin tự động: Khởi động tự động là phương pháp khởi động bình thường. D-EHC có chương trình tính toán khởi động dựa trên biểu đồ. Quy trình khởi động từ khi quay tuabin đến khi mang tải ban đầu. Sau khi mang tải ban đầu, bộ điều tốc tuabin được điều khiển theo tải yêu cầu từ PLC. Tốc độ tăng tải phù hợp, thời gian ngâm nhiệt và mang tải ban đầu để quá trình khởi động tối ưu được tính toán và đặt tự động trong D-EHC, khi khởi động cần phải giữ ứng suất nhiệt trong giới hạn cho phép. Các chức năng sau đây dùng cho khởi động tuabin có thể thực hiện tự động hoặc nhấn nút D-EHC trên trạm vận hành ở mỗi giai đoạn khởi động.
+ Nhấn nút “Turbine Start”
+ Tăng tốc đến tốc độ kiểm tra (400 v/p) với gia tốc phù hợp
+ Nhấn nút “Rub-Check Finish”
+ Tăng tốc lên tốc độ ngâm nhiệt (800 v/p) với gia tốc phù hợp
+ Ngâm nhiệt tốc độ thấp trong khoảng thời gian tính toán
+ Tăng tốc lên tốc độ định mức với gia tốc phù hợp
+ Nhấn nút “Synhchronize”
+ Điều khiển tốc độ hòa
+ Điều khiển điện áp hòa (bởi bộ hòa và AVR)
+ Đóng máy cắt đầu cực máy phát
+ Tăng tải đến tải ban đầu với tốc độ tăng phù hợp
SVTH: Đới Thành Chung Trang 59 - Điều khiển tốc độ hòa: Chức năng điều khiển tốc độ hòa thêm tín hiệu so lệch vào tín hiệu điều khiển tốc độ và điều khiển tốc độ tuabin cao hơn một chút so với tần số lưới điện đêc đạt điều kiện hòa về tần số và góc pha giữa máy phát và lưới.
- Chức năng không cân bằng tải: Khi độ lệch giữa công suất tuabin và tải máy phát cao hơn giá trị đặt trước trong khoảng thời gian ngắn( khoảng 10s) thì máy phát sẽ loại bỏ tải, van điều khiển và van hơi tái nhiệt sẽ đóng tức thì về vị trí không tải để tránh vượt tốc tuabin.
- Giao tiếp với PLC: Các tín hiệu sau đây giữa PLC và D-EHC sẽ được nối cứng với nhau để tăng độ tin cậy.
+ Các tín hiệu từ D-EHC tới PLC: Tín hiệu phản hồi tải (4-20mA), Tín hiệu “Turbine has been tripped” (tiếp điểm).
+ Tín hiệu từ PLC đến D-EHC: Yêu cầu tải (vị trí điều tốc) (4-20mA), Lệnh trip tuabin( tiếp điểm).
+ Và một số tín hiệu khác cho giám sát và cảnh báo.
- Chức năng dừng sự cố (trip) tuabin: Khi các điều kiện sau đây xảy ra, tuabin sẽ trip tự động bởi chức năng bảo vệ bên trong D-EHC.
+ Tuabin vượt tốc ( được phát hiện bởi cảm biến điện từ).
+ Lệnh trip xuất phát từ nút nhấn khẩn trong phòng điều khiển trung tâm.
+ Lệnh trip xuất phát từ nút nhấn khẩn trên tuabin.
+ Áp suất dầu bôi trơn thấp.
+ Độ rung cao (trục).
+ Tín hiệu trip từ PLC được truyền tới D-EHC cần phải dừng tuabin. - Vận hành và giám sát chức năng của AVR và thiết bị phụ máy phát: Chức năng vận hành và giám sát của AVR bằng cách dùng trạm D-EHC làm cả việc vận hành, giám sát cho điều tốc và AVR đều có thể thực hiện tại trạm vận hành.
SVTH: Đới Thành Chung Trang 60
Hình 31: Cấu hình điển hình vận hành và giám sát AVR
- Thiết bị giám sát tuabin (TSI): TSI là hệ thống giám sát quan trọng để vận hành tuabin an toàn và hiệu quả. Để đảm bảo độ tin cậy vận hành, hệ thống TSI được cấu thành từ các đầu dò dòng điện xoáy (eddy current) là công nghệ mới nhất và đã được chứng thực, các đầu là các cảm biến không tiếp xúc. Module hệ thống TSI được gắn chung vào tủ hệ thống D-EHC. Hai đường có dự phòng RS232 MODBUS kêt nối tín hiệu giám sát và cảnh báo TSI với bộ điều khiển D-EHC. Thông tin TSI được truyền tới D-EHC thông qua đường truyền RS-232. TSI có thể được giám sát các chức năng:
+ Tốc độ: Một cảm biến dòng điện xoáy (không tiếp xúc) được gắn ngay cạnh bánh răng trên trục tuabin. Có tín hiệu liên động (tốc độ không) được khởi tạo cấp cho hệ thống khi bộ trở trục khởi động tự động.
+ Độ rung: Một cảm biến dòng điện xoáy được gắn ở gần đầu trục tuabin. Giá trị đảo trục có thể được tính một lần trên một vòng từ độ di chuyển của trục tuabin, khi tuabin quay với tốc độ thấp hơn 500 v/p. Và khi nó vượt qua giá trị cảnh báo thì tín hiệu sẽ được gửi tới PLC thông qua D-EHC.
+ Vị trí chặn: Ba cảm biến dòng điện xoáy được gắn lên vỏ của ổ chặn để giám sát độ di chuyển của vành trên trục tuabin. Tín hiệu cảnh báo hoặc trip sẽ được gửi tới PLC thông qua D-EHC.
+ Sự giản nở của vỏ: Một cảm biến loại LVDT (Linear Variable
Differential Transformer) được gắn trên tấm so le của vỏ tuabin cao áp để giám sát sự di chuyển của vỏ. Giá trị đo dùng để xác định vỏ có bị lỏng, bị treo hay di chuyển bất thường khi nhiệt độ thay đổi hay không. Tín hiệu tương tự được cấp cho PLC thông qua D-EHC
SVTH: Đới Thành Chung Trang 61
+ Độ lệch giản nở: Một cảm biến dòng điện xoáy được gắn trên vỏ, để đo mối quan hệ giản nở giữa vỏ và trục. Tín hiệu cảnh báo sẽ được gửi tới PLC thông qua D-EHC khi giá trị đo vượt ngưỡng.
2.3.2. Kết nối hệ thống điều khiển với máy phát diesel và tủ ATS
- Kết nối chủ yếu với AVR để điều khiển điện áp đầu cực máy phát ổn định. Ngoài ra còn giám sát chuyển mạch ATS tự động theo sự cố điện lưới.