Thiết kế hệ điều khiển và giám sát cho hệ thống cung cấp điện cho nhà máy đạm phú mỹ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.8 MB, 84 trang )
.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
DANH MUC HINH ẢNH ........................................................................................... 4
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 7
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 8
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................. 9
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ....................................... 10
1.1. Giới thiệu chung .............................................................................................. 10
1.2. Các phân xưởng ............................................................................................... 11
1.3. Hệ thống cung cấp điện và vai trò của hệ thống ............................................... 12
1.3.1. Sơ đồ 1 sợi ................................................................................................ 13
1.3.2. Trạm điện .................................................................................................. 16
1.3.3. Máy biến áp............................................................................................... 18
1.3.3.1. Nguyên lý làm việc và cấu tạo máy biến áp ......................................... 18
1.3.3.2. Các kết cấu mạch từ điển hình ............................................................. 18
1.3.3.3. Dây quấn ............................................................................................. 19
1.3.3.4. Những kết cấu phụ .............................................................................. 19
1.3.3.5. Thông số máy biến áp ......................................................................... 20
1.3.4. Máy phát điện tuabin khí ........................................................................... 22
1.3.4.1. Cấu tạo của máy phát điện tuabin khí .................................................. 22
1.3.4.2. Nguyên lý hoạt động máy phát điện tuabin khí .................................... 22
1.3.4.3. Thơng số và đặc điểm máy phát điện ................................................... 23
1.3.4.4. Thông số máy phát .............................................................................. 24
1.3.4.5. Cuộn dây và mạch từ stato................................................................... 25
1.3.4.6. Các bộ cảm biến nhiệt ......................................................................... 25
1.3.4.7. Roto va cuộn dây rotor ........................................................................ 25
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 1
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
1.3.4.8. Ổ trục và thiết bị chèn trục .................................................................. 25
1.3.4.9. Hệ thống phụ máy phát........................................................................ 26
1.3.4.10. Hệ thống kích từ ................................................................................ 27
1.3.5. Máy phát điện diesel.................................................................................. 29
1.3.6. Máy cắt ..................................................................................................... 30
1.3.7. Tủ chuyển nguồn tự động (ATS) ............................................................... 35
1.3.8. Tủ tụ bù ..................................................................................................... 36
1.3.9. Hệ thống lưu tích điện ............................................................................... 38
1.3.10. Máy biến dòng và máy biến áp đo lường ................................................. 39
1.3.10.1. Các tín hiệu đo lường sử dụng trong hệ thống.................................... 39
1.3.10.2. Máy biến dòng điện ........................................................................... 40
1.3.10.3. Máy biến điện áp ............................................................................... 42
1.3.11. Hệ thống rơle bảo vệ................................................................................ 45
1.3.11.1. Rơle và ứng dụng .............................................................................. 45
1.3.11.2. Tính năng bảo vệ của một số rơle được sử dụng trong nhà máy ......... 46
1.3.11.3. Tổng quan về rơle số và ứng dụng ..................................................... 52
Chương 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ...................................................................... 55
2.1. Hệ điều khiển hệ thống điện ............................................................................ 55
2.2. Kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị điện thông thường .............................. 57
2.3. Kết nối hệ thống điều khiển với thiết bị điện thông minh ................................. 57
2.3.1. Kết nối hệ thống điều khiển với hệ thống điều khiển máy phát tuabin khí.. 57
2.3.2. Kết nối hệ thống điều khiển với máy phát diesel và tủ ATS ....................... 61
2.3.3. Kết nối hệ thống điều khiển với hệ thống cấp nguồn liên tục UPS và hệ
thống ắc quy dự phòng ........................................................................................ 61
2.3.4. Kết nối hệ thống điều khiển với hệ thống rơle bảo vệ ................................ 62
Chương 3: TỔNG QUAN VỀ S7 – 300 VÀ PHẦN MỀM WINCC CỦA SIEMEN .. 63
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 2
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
3.1. Tổng quan về S7 – 300 .................................................................................... 63
3.1.1. Cấu hình phần cứng ................................................................................... 63
3.1.2. Cấu trúc bộ nhớ ......................................................................................... 63
3.1.3. Mở rộng ngõ vào/ra ................................................................................... 65
3.1.4. Ngơn ngữ lập trình..................................................................................... 67
3.2. Tổng quan về WinCC ...................................................................................... 68
3.2.1. Khái niệm .................................................................................................. 68
3.2.2. Các chức năng ........................................................................................... 69
3.2.3. Giao tiếp với hệ thống tự động hóa ............................................................ 69
3.3. Lập trình chương trình ..................................................................................... 70
3.3.1. Sử dụng S7 – PLCSIM thay thế cho PLC thực .......................................... 70
3.3.2. Tiến hành chạy thử .................................................................................... 71
3.4. Mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET ............................................. 72
3.4.1. Mạng truyền thông PPI .............................................................................. 72
3.4.2. Mạng truyền thông MPI............................................................................. 73
3.4.3. Mạng truyền thông PROFIBUS ................................................................. 73
3.4.4. Mạng truyền thông ETHERNET ............................................................... 74
Chương 4: LẬP TRÌNH PLC VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT .................... 76
4.1. Cấu hình hệ thống ............................................................................................ 76
4.1.1. Bộ điều khiển trung tâm S7 – 300 .............................................................. 76
4.1.2. Các thiết bị vào/ra...................................................................................... 76
4.1.3. Cấu hình phần cứng trong STEP7 SIMATIC MANAGER ........................ 77
4.1.4. Cấu hình phần cứng trong WinCC ............................................................. 78
4.2. Giao diện điều khiển và giám sát hệ cung cấp thống điện ................................ 80
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................. 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 84
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 3
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
DANH MUC HINH ẢNH
Hình 1: Vị trí địa lý của nhà máy đạm Phú Mỹ..................................................................... 10
Hình 2: Sơ đồ cơng nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ .................................................................. 11
Hình 3: Sơ đồ dây truyền sản xuất Amonia........................................................................... 11
Hình 4: Sơ đồ dây truyền sản xuất Ure................................................................................. 12
Hình 5: Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống điện ................................................................ 14
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện trung thế .................................................................. 15
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý trạm điện hạ thế............................................................................. 16
Hình 8: Cấu tạo của máy phát điện tuabin khí sử dụng khí đồng hành ................................. 23
Hình 9: Máy phát điện ......................................................................................................... 24
Hình 10: Đầu phát máy phát điện diezel .............................................................................. 30
Hình 11: Máy cắt trung áp GCB .......................................................................................... 31
Hình 12: Sơ đồ mạch lực máy cắt......................................................................................... 31
Hình 13: Sơ đồ cuộn hút điều khiển máy cắt......................................................................... 32
Hình 14: Sơ đồ tiếp điểm điều khiển máy cắt........................................................................ 32
Hình 15: Sơ đồ tiếp điểm phụ máy cắt .................................................................................. 32
Hình 16: Hệ thống lưu trữ điện dự phịng............................................................................. 39
Hình 17: Cấu tạo máy biến dịng điện .................................................................................. 40
Hình 18: Cấu tạo của máy biến điện áp ............................................................................... 43
Hình 19: Sơ đồ tổng quát hệ thống bảo vệ một phần tử trong hệ thống điện ......................... 46
Hình 20: Sơ đồ bảo vệ q dịng cắt nhanh và có thời gian .................................................. 47
Hình 21: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 1 điểm cuộn stator máy phát điện............................ 48
Hình 22: Sơ đồ bảo vệ dịng thứ tự nghịch ........................................................................... 48
Hình 23: Sơ đồ bảo vệ so lệch dọc cuộn stator máy phát điện. ............................................. 49
Hình 24: Bảo vệ chống quá điện áp hai cấp đặt ở máy phát điện.......................................... 50
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 4
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
Hình 25: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 1 điểm cuộn rotor dùng nguồn điện phụ DC............ 50
Hình 26: Đặc tính thời gian của bảo vệ q dịng ................................................................ 51
Hình 27: Nguyên lý cấu tạo và vị trí bố trí trên MBA của rơle hơi........................................ 52
Hình 28: Sơ đồ bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện dùng rơle điện kháng cực tiểu ....... 52
Hình 29: Cấu trúc điển hình của rơle số .............................................................................. 54
Hình 30: Cấu hình điều khiển của hệ điều khiển- giám sát hệ thống điện ............................. 57
Hình 31: Cấu hình điển hình vận hành và giám sát AVR ...................................................... 60
Hình 32: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình ....................... 63
Hình 33: Các module được gá trên rack............................................................................... 66
Hình 34: Cấu hình một thanh rack của trạm PLC S7-300 .................................................... 67
Hình 35: Ba kiểu ngơn ngữ lập trình chính cho S7-300 ........................................................ 67
Hình 36: Cấu trúc phân cấp điều khiển sử dụng giao diện WinCC ....................................... 68
Hình 37: Giao tiếp WinCC với hệ thống tự động hóa ........................................................... 70
Hình 38: Khởi động PLCSim phục vụ mơ phỏng .................................................................. 70
Hình 39: Mơ phỏng PLC thử nghiệm.................................................................................... 72
Hình 40: Giao thức truyền thơng PPI................................................................................... 73
Hình 41: Giao thức truyền thơng MPI .................................................................................. 73
Hình 42: Giao thức truyền thơng PROFIBUS ...................................................................... 74
Hình 43: Kiến trúc giao thức Profibus ................................................................................. 74
Hình 44: Giao thức truyền thơng ETHERNET......................................................................... 75
Hình 45: Module CPU 315-DP ............................................................................................ 76
Hình 46: Module ET200M ................................................................................................... 77
Hình 47: Kết nối phần cứng PLC ......................................................................................... 77
Hình 48: Kết nối truyền thơng .............................................................................................. 78
Hình 49: Thiết lập truyền thơng MPI & Profibus ................................................................. 78
Hình 50: Khai báo các biến điều khiển và giám sát .............................................................. 79
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 5
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
Hình 51: Màn hình thiết kế giám sát .................................................................................... 79
Hình 52: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện nhà máy Đạm ............... 80
Hình 53: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng AMONIA ............ 81
Hình 54: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng UREA ................ 81
Hình 55: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện dự phịng ...................... 82
Hình 56: Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống cung cấp điện xưởng Phụ trợ .............. 82
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 6
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan:
- Đây là cơng trình nghiên cứu do chính tơi thực hiện.
- Kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai sử dụng để
công bố.
Người thực hiện luận văn
Đới Thành Chung
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 7
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn đến Giám đốc cùng ban lãnh đạo Nhà máy
đạm Phú Mỹ đã tạo điều kiện cho tơi trong q trình tìm hiểu và nghiên cứu. Tôi cũng
xin được gửi lời cảm ơn tới Giám đốc xưởng điện nhà máy, các kĩ sư, tổ trưởng, cùng
tồn thể cơng nhân viên xưởng điện của nhà máy đã cung cấp tài liệu và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tơi nghiên cứu và hồn thành công việc.
Em xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Vân Hà, là người trực tiếp hướng dẫn , đã
tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em giải quyết các vấn đề khó liên quan tới đề tài. Chắc chắn
bản luận văn tốt nghiệp này sẽ khơng thể hồn thành nếu thiếu sự giúp đỡ quý báu của
thầy ! Cùng với đó là sự giúp đỡ từ phía các thầy cơ trong bộ môn Điều Khiển Tự
Động đã tạo mọi điều kiện để em có cơ hội hồn thiện để tài!
Người thực hiện
Đới Thành Chung
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 8
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
LỜI NÓI ĐẦU
Thành phần nền kinh tế nước ta với 70% dân số sống bằng nghề nơng. Vì vậy nơng
nghiệp là một ngành quan trong cần được đầu tư phát triển để đảm bảo an ninh lương
thực và hướng tới xuất khẩu các sản phẩm nơng nghiệp ra thế giới. Vì thế nhu cầu
phân bón phục vụ nơng nghiệp tại thị trường Việt Nam là rất lớn, trong đó nhu cầu
phân đạm khoảng 2 triệu tấn, trước đây phải nhập khẩu hồn tồn. Hiện tại, Việt Nam
đã có một số nhà máy sản xuất phân đạm trọng điểm để đáp ứng nhu cầu trên, và nhà
máy phân đạm Phú Mỹ tại Khu công nghiệp Phú Mỹ tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu sử dụng
khí thiên nhiên làm ngun liệu, có cơng suất 800.000 tấn/năm là một trong những nhà
máy trọng điểm đó.
Với đặc thù là nhà máy hóa chất u cầu về cơng nghệ phải đảm bảo an toàn, ổn
định, an toàn. Việc đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt đòi hỏi phải xây dựng
được một hệ thống từ các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng hoạt động
một cách thống nhất với nhau. Trong đó thiết kế điều khiển hệ thống cung cấp điện là
một mắt xích đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống điện. Vì vậy việc nghiên cứu
và đưa phần mềm Wincc trên nền sử dụng PLC điều khiển cho hệ thống điện công
nghiệp vào sử dụng là một giải pháp cải tiến và đúng đắn cho giám sát điều khiển hệ
thống điện nhà máy Đạm Phú Mỹ được đưa ra trong nội dung của luận văn.
Luận văn bao gồm có 04 chương:
- Chương 1: Tổng quan về nhà máy Đạm Phú Mỹ sẽ giới thiệu tổng quát về nhà
máy Đạm Phú Mỹ, công nghệ dây chuyền sản xuất. Cấu trúc hệ thống cung cấp điện.
- Chương 2: Hệ điều khiển- giám sát và thông số hệ thống điện . Nội dung và chức
năng của hệ điều khiển- giám sát hệ thống điện nhà máy Đạm Phú Mỹ. Các thông số
hệ thống điện và nguyên tắc làm việc.
- Chương 3: Tổng quan về S7-300 và phần mềm Win CC của Siemens. Nội dung
chương sẽ giới thiệu tổng quan về S7-300 và phương pháp lập lập trình điều khiểngiám sát qua sử dụng WinCC của Siemen.
- Chương 4: Nội dung chương trình điều khiển. Nội dung sẽ đề cập tới chương
trình điều khiển và giám sát hệ thống điện nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng PLC S7300và WinCC của Siemens.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 9
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
1.1. Giới thiệu chung
-
Công ty cổ phần – nhà máy đạm Phú Mỹ trực thuộc tổng cơng ty phân bón và
hóa chất dầu khí đặt tại khu cơng nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà RịaVũng Tàu.
-
Nhà máy được khởi cơng xây dựng vào tháng 3-2001 có vốn đầu tư 450 triệu
USD, có diện tích 63 ha, sử dụng cơng nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch)
để sản xuất amoniac công suất 1350 tấn/ngày, và công nghệ của hãng Snamprogetti
(Italy) để sản xuất urê cơng suất 2200 tấn/ngày.
Hình 1: Vị trí địa lý của nhà máy đạm Phú Mỹ
-
Tất cả các quá trình sản xuất đều là quá trình khép kín, địi hỏi phải có giấy
phép làm việc tùy theo yêu cầu quy định như: sinh lửa sinh nhiệt, phóng xạ, đào đất,
khơng gian hạn hẹp… Chu trình cơng nghệ tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà
máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc
khơng đủ điện cung cấp.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 10
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
Hình 2: Sơ đồ công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ
1.2. Các phân xưởng
-
Xưởng Ammonia: cơng suất 1350 tấn ammonia/ngày.
Hình 3: Sơ đồ dây truyền sản xuất Amonia
-
Xưởng Urê: công suất 2200 tấn Urê/ngày.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 11
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
Hình 4: Sơ đồ dây truyền sản xuất Ure
-
Các cơng trình phi công nghệ:
+ Thu gom và xử lý chất thải.
+ Bảo quản, vận chuyển, đóng gói sản phẩm.
-
Các hệ thống ngồi cơng nghệ chính:
+ Đuốc.
+ Hệ thống xử lý nước thải.
+ Hệ thống thu gom nước thải.
+ Vận chuyển, chứa và bảo quản urê.
+ Bồn chứa amonia.
+ Máy phát điện khẩn cấp.
-
Trong đó cơng suất thiết kế của hệ thống điện:
+ Máy phát điện tuabin khí: 26 MW/h.
+ Máy phát điện (Diesel) dự phòng: 800 KW và 645 KW.
+ Máy biến áp: 22/25 MW/h
1.3. Hệ thống cung cấp điện và vai trò của hệ thống
-
Nhà máy đạm Phú Mỹ là nhà máy hóa chất, q trình sản xuất đều là các phản
ứng hai chiều chỉ cần các điều kiện phản ứng thay đổi là các phản ứng cũng thay đổi
theo chiều hướng khơng mong muốn vì vậy khi tình huống cần thiết xảy ra thì một
số các thiết bị khơng được phép mất điện hoặc không được phép gián đoạn lâu cần
phải được cung cấp điện để huy động vào xử lý cơng nghệ nhằm đảm bảo an tồn
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 12
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
cho nhà máy. Hệ thống tự dùng trong nhà máy là các nguồn được sử dụng cho các
mục đích điều khiển, đóng cắt thiết bị, chạy các động cơ phục vụ cho máy phát điện
như bơm dầu, bơm nhớt bôi trơn, làm mát, hoặc chiếu sáng…v.v. Các nguồn dự
phòng được dùng cấp từ 2 nguồn đến đó nguồn bình thường, nguồn khẩn cấp và
được chuyển thông qua các thiết bị chuyển mạch tự động.
-
Hệ thống dự phòng cho mạch điều khiển trong nhà máy: Hệ thống điều khiển
trong toàn nhà máy địi hỏi phát ln được duy trì trong mọi điều kiện, mọi tình
huống để kiểm sốt được tình trạng của thiết bị, các điều kiện của quá trình sản xuất
(nhiệt độ, lưu lượng, áp suất…vv). Hệ thống điều khiển chung của nhà máy, các
trạm điện, máy phát điện chính, hệ thống báo cháy… phải đảm bảo không bị gián
đoạn nguồn khi tồn nhà máy mất điện lưới. Vì vậy các mạch điều khiển trong nhà
máy luôn được cung cấp nguồn bởi những mạch chỉnh lưu xuống dòng điện 1 chiều
rồi cấp ra tải và đưa vào nạp bình ắc qui dự phòng hoặc nghịch lưu lại về nguồn
xoay chiều rồi cung cấp cho các mạch điều khiển, đối với những mạch quan trọng
thì ln sử dụng nhiều nguồn song song để đảm bảo tính liên tục trong mọi trường
hợp.
1.3.1. Sơ đồ 1 sợi
-
Hệ thống điện của nhà máy đạm Phú Mỹ được kết nối với hệ thống điện lưới
quốc gia thơng qua máy biến áp tổng TR1 có cơng suất 20/25MVA (ở chế độ làm
mát cưỡng bức công suất 25MVA) cung cấp điện áp 22/6.6 kV. Phía trung thế được
kết nối với hệ thống thanh cái MS1-1 thông qua máy cắt IB1, phía cao áp được kết
nối với trạm điện 110/22kV Phú Mỹ thông qua máy cắt HS1-1 của nhà máy đạm
và phát tuyến 475 của trạm 110/22kV Phú Mỹ.
-
Khi thiếu nguồn hoặc thừa cơng suất phát ra thì nhà máy sẽ nhận công suất vào
hay phát công suất ra thông qua máy biến áp này.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 13
Luận văn Cao học
Hình 5: Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống điện
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 14
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
-
Luận văn Cao học
Thiết kế hệ thống điện của nhà máy có nguồn điện tự dùng sử dụng phát điện
tuabin khí có cơng suất 26 MVA, cos = 0.9, Udm=6.6kV, Idm=2308A, 50Hz,
3500v/p, sử dụng nguyên liệu khí đồng hành từ các mỏ khí tự nhiên khai thác ở
thềm lục địa cùng là các nguyên liệu đầu vào của dây chuyền sản xuất sản phẩm
chính của nhà máy.
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện trung thế
-
Máy phát dự phòng chạy bằng nguyên liệu diesel :
+ Máy /trạm điện hạ thế 1: có cơng suất Sđm = 800kVA, Udm = 400V, cos
= 0.9, 50Hz được kết nối với thanh góp phân đoạn PC1-1C. Trong trường
hợp xảy ra sự cố mất điện toàn nhà máy hệ thống điều khiển sẽ khởi động
máy phát trong thời gian < 15s, sau đó cắt máy cắt PC1-1BT nối phân đoạn
PC1-1B & PC1-1C ra, đóng máy cắt cấp nguồn cho phân đoạn PC1-1C từ
dây nguồn được cấp cho các tải khẩn cấp thông qua tủ EMCC1-1, các nguồn
tự dùng và các tải chiếu sáng.
+ Máy 2/trạm điện hạ thế 2: có cơng suất Sđm = 645KVA, Uđm =400V,
cos=0.9, 50Hz được kết nối với thanh góp phân đoạn PC2-1C, trong trường
hợp xảy ra sự cố mất điện toàn nhà máy hệ thống điều khiển sẽ khởi động
máy phát trong thời gian < 15s, sau đó cắt máy cắt PC2-1BT nối phân đoạn
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 15
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
PC2 -1B & PC2-1C ra, đóng máy cắt cấp nguồn cho phân đoạn PC2-1C từ
dây nguồn được cấp cho các tải khẩn cấp thông qua tủ EMCC2-1, EMCC22, các nguồn tự dùng và các tải chiếu tải sáng.
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý trạm điện hạ thế
1.3.2. Trạm điện
Hệ thống phụ tải điện trong nhà máy được cung cấp thông qua bốn trạm điện hạ thế,
hệ thống thanh cái trong nhà máy sử dụng thanh góp có máy cắt phân đoạn.
-
Trạm điện hạ thế 1:
+ Có hệ thống thanh cái cứng MS1-1A (U=6.6kV, Iđm=3200A, Inm=40kA)
được cấp nguồn từ HS1-1(nguồn lưới điện quốc gia) thông qua máy biến áp
TR1 và máy cắt IB1 và thanh góp cứng MS1-1, U=6.6kV, Iđm=3200A,
Inm=40kA) được nối từ máy phát tuabin khí thơng qua máy cắt IB2, hai thanh
cái này được nối với nhau thông qua máy cắt BT1, tại hệ thống thanh cái này
nguồn điện 6.6kV sẽ được cung cấp đi trạm điện 2, các phụ tải 6.6kV và các
máy biến áp cung cấp cho các thanh góp có phụ tải 0.4kV.
+ Hệ thống thanh cái cứng 0.4 kV tại trạm điện 1 gồm có các hệ thống
PC1-1A/B/C(Iđm=4000A, Inm=40kA) được cấp nguồn từ các máy biến áp
TR2A, TR2B (Sđm=2000kVA, UN%=7%) và từ máy phát dự phòng diesel,
các phân đoạn này được liên kết với nhau thông qua các máy cắt PC1-1ABT,
PC1-1BBT, từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối
0.4kV: MCC1-1, MCC2-2& EMCC1-1 và các tải chiếu sáng thông qua các
máy biến áp 400/220V.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 16
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
+ Hệ thống PC1-2A (Iđm=4000, Inm=40kA) được cấp nguồn từ các máy
biến áp TR3A, TR3B (Sđm=2000kVA, UN%=7%) các phân đoạn này được
liên kết với nhau thông qua các máy cắt ABT, từ đây nguồn được cung cấp
tới các phụ tải, các tủ phân phối 0.4kV: các tải chiếu sáng thông qua các máy
biến áp 400/220V.
-
Trạm điện hạ thế 2:
+ Có hệ thống thanh cái cứng MS2-1A (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40KA)
được cấp nguồn từ MS1-1A thơng qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA) và
thanh góp MS2-1B (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40kA) đươc cấp nguồn từ
MS1-1B thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA) , hai thanh góp này
được nối với nhau thông qua máy cắt BT (Iđm=1250A, Inm=40kA) tại đây
nguồn được cung cấp cho các thanh góp 0.4kV thơng qua các máy biến áp,
các tải 6.6kV của xưởng Amonia và xưởng Ure.
+ Hệ thống thanh góp cứng MS2-2A (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40kA)
được cung cấp nguồn từ MS1-1A thông qua máy cắt (Iđm=1250A,
Inm=40kA) và nguồn từ MS2-2B (U=6.6kV, Iđm=1250A, Inm=40kA) được
cung cấp nguồn từ MS1-1B thông qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA), hai
thanh góp này được nối với nhau thơng qua máy cắt (Iđm=1250A, Inm=40kA)
tại đây nguồn được cung cấp cho các thanh góp 0.4kV thơng qua các MBA
và các tải 6.6kV của xưởng Ure.
+ Hệ thống thanh góp cứng 0.4kV tại trạm điện 2 gồm các hệ thống PC21A/B/C (Iđm=1250A, Inm=40kA) đuợc cấp nguồn từ các máy biến áp TR4A,
TR4B (Sđm=1600kVA, UN%=6%) và từ máy phát dự phòng diesel, các phân
đoạn này được liên kết với nhau thông qua các máy cắt PC2-1ABT, PC21BBT từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối điện
0.4kV:MCC2-1, MCC2-2, EMCC2-1 và EMCC2-2 và các tải chiếu sáng
thông qua các máy biến áp 400/220V.
+ Hệ thống PC2-2A/B (Iđm=2500A, Inm=40kA) được cấp nguồn từ các máy
biên áp TR5A, TR5B (Sđm=1250kVA, UN%=6%) các phân đoạn này được
luên kết với nhau thông qua các máy cắt ABT, từ đây nguồn được cung cấp
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 17
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
tới các phụ tải, các tư phân phối 0.4kV:MCC2-3, MCC2-4 và MCC2-5 và
các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp 400/220V.
-
Trạm điện hạ thế 3:
+ Hệ thống thanh góp cứng 0.4kV tại trạm điện 3 gồm có hệ thống PC31A/B(I=3200A, Icắt=40kA) đươc cấp nguồn từ các máy biến áp TR7A, TR7B
(Sdm=1600kVA, UN%=6) các phân đoạn này được liên kết với nhau thông qua
các máy cắt PC3-1ABT, PC3-1BBT, từ đây nguồn được cung cấp tới các
phụ tải, các tủ phân phối 0.4kV và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến
áp 400/220V.
-
Trạm điện hạ thế 4:
+ Hệ thống thanh góp cứng 0.4kV tại trạm điện 4: PC4-1(Iđm=4000A,
Inm=40kA) được cấp nguồn từ máy biến áp TR6 (Sđm=1600kVA, UN%=6%)
từ đây nguồn được cung cấp tới các phụ tải, các tủ phân phối điện 0.4kV:
MCC4-1 và MCC4-2 và các tải chiếu sáng thông qua các máy biến áp
400/220V.
1.3.3. Máy biến áp
1.3.3.1. Nguyên lý làm việc và cấu tạo máy biến áp
-
Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí:
+ Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường).
+ Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng
(cảm ứng điện).
-
Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp,
và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch
điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi
được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể được điều
chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.
1.3.3.2. Các kết cấu mạch từ điển hình
-
Mạch từ phẳng: các trụ và gơng nằm trên một mặt phẳng. Ưu điểm dễ chế tạo
không địi hỏi cơng nghệ cao, đơn giản trong phương pháp quấn dây. Nhược điểm:
sự dẫn từ trường trong các trụ không đồng đều gây ra chất lượng biết đổi điện năng
thấp hơn so với mạch từ không gian.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 18
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
-
Luận văn Cao học
Mạch từ không gian: các mạch từ thành phần được bố trí đều trong khơng gian.
Ưu điểm: sự dẫn từ đồng đều trong các trụ. Nhược điểm: yêu cầu kỹ thuật cao, tính
phức tạp trong phương án quấn dây.
-
Chất liệu làm lõi thép làm từ các lá thép kỹ thuật chuyên dụng có tính năng từ
tính cao, có tính trễ từ thấp và tính từ thẩm rất cao. Thuộc loại hợp kim từ mềm để
phân biệt với hợp kim từ cứng dùng để chế tạo nam châm. Thép kỹ thuật có hàm
lượng cacbon thấp 0,01 - 0,1%, hàm lượng silic <4%.
1.3.3.3. Dây quấn
-
Là kim loại có tính dẫn điện tốt thường là đồng hoặc nhôm, là bộ phân dẫn điện
của máy biến áp, có nhiệm vụ thu và truyền năng lượng vào ra. Dựa vào cách xắp
xếp cuộn hạ áp và cuộn cao áp ta phân thành các loại dây quấn như sau:
+ Dây quấn đồng tâm: tiết diện ngang là những vịng trịn đồng tâm. Cuộn
hạ áp thường được phía trong lõi thép, cuộn cao áp bên ngoài cuộn hạ áp
nhằm gia tăng tính cách điện của cuộn cao áp.
+ Dây quấn hình trụ: tiết diện dây nhỏ thì dùng dây trịn, tiết diện dây lớn
thì dùng dây bẹt quấn thành hai lớp, dây tròn dùng cho quấn cao áp điện áp
dưới 35 KV, dây quấn bẹt dụng cho quấn hạ áp điện áp dưới 6KV. Phương
pháp quấn này dùng cho máy biến áp dung lượng nhỏ hơn 630 (KVA).
+ Dây quấn hình xoắn: gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo chiều xoắn
ốc, giữa các vịng dây có khe hở, cách quấn dùng cho quấn hạ áp với dung
lượng máy trung bình và lớn.
+ Dây quấn xoắn ốc liên tục: dây quấn dẹt quấn thành các bánh dây phẳng
cách nhau. Hoán vị dây quấn hai bánh dây được nối tiếp không cần mũi hàn.
Dùng làm dây quấn hạ áp điện áp 35KV trở lên với máy dung lượng lớn.
+ Dây quấn xen kẽ: các bánh dây cao áp và hạ áp được xếp xen kẽ dọc
theo trụ. Các bánh dây gần gông là cuộn hạ áp. Thường dùng trong cho mạch
từ kiểu bọc. Có nhược điểm là khó chế tạo cách điện và kém bền về mặt cơ
học.
1.3.3.4. Những kết cấu phụ
-
Thùng máy biến áp: là nơi đặt dây quấn, lõi thép và dầu biến áp. Dầu máy làm
nhiệm vụ cách điện và tản nhiệt.
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 19
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
-
Nắp thùng máy biến áp: dùng để đậy trên thùng và chứa các bộ phận khác.
-
Sứ cách điện: của dây quấn cao áp và hạ áp.
-
Bình dẫn dầu(bình dầu phụ): có ống thủy tinh xem mức dầu.
-
Ống bảo hiểm: làm bằng thép, hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng và một
đầu bịt bằng đĩa thủy tinh.
-
Lỗ nhỏ: dùng để đặt nhiệt kế.
-
Rơ le hơi: dùng để bảo vệ máy biến áp.
-
Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu: dùng điều chỉnh điện áp dây quấn cao
áp.
1.3.3.5. Thông số máy biến áp
-
Máy biến áp TR1:
+ Công suất định mức:20/25MVA
+ Tỉ số biến điện áp: 22/6.9kV
+ % điện áp ngắn mạch: 10
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TR2A, TR2B, TR3A, TR3B:
+ Công suất định mức:2000kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 6.6/0.42kV
+ % điện áp ngắn mạch: 7
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TR4A, TR4B, TR6, TR7A, TR7A:
+ Công suất định mức:1600kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 6.6/0.42kV
+ % điện áp ngắn mạch: 7
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TR5A, TR5B:
+ Công suất định mức:1250kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 6.6/0.42kV
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 20
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
+ % điện áp ngắn mạch: 7
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TRL1A, TRL1-B, TRL3A, TRL3B:
+
Công suất định mức:220kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 0.4/0.23kV
+ % điện áp ngắn mạch: 4
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TRL2, TRL4:
+ Công suất định mức:100kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 0.4/0.23kV
+ % điện áp ngắn mạch: 4
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TRL5, TRL6:
+ Công suất định mức:120kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 0.4/0.23kV
+ % điện áp ngắn mạch: 4
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TRL2, TRL4:
+ Công suất định mức:100kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 0.4/0.23kV
+ % điện áp ngắn mạch: 4
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TRL7A, TRL7B:
+ Công suất định mức:60kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 0.4/0.23kV
+ % điện áp ngắn mạch: 4
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 21
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
-
Máy biến áp TRL8:
+ Công suất định mức:50kVA
+ Tỉ số biến điện áp: 0.4/0.23kV
+ % điện áp ngắn mạch: 4
+ Chế độ làm mát: ONAN
+ Tổ đấu dây: D/yn11
1.3.4. Máy phát điện tuabin khí
1.3.4.1. Cấu tạo của máy phát điện tuabin khí
-
Một máy phát điện kéo bởi một tuabin khí. Đây là tổ hợp của máy nén khí+tuốc
bin khí+máy phát điện. Tuabin khí là mơt động cơ nhiệt, biến đổi nhiệt năng thành
cơ năng. Khơng khí được hút vào và nén lên áp suất cao nhờ một máy nén. Nhiên
liệu cùng với khơng khí này sẽ được đưa vào buồng đốt để đốt cháy. Khí cháy sau
khi ra khỏi buồng đốt sẽ được đưa vào quay tuabin. Năng lượng cơ học của tuabin
một phần sẽ được đưa về quay máy nén, một phần khác đưa ra quay tải ngoài, như
cách quạt, máy phát điện... Đa số các tuabin khí có một trục, một đầu là máy nén,
một đầu là tuain. Đầu phía tuabin sẽ được nối với máy phát điện trực tiếp hoặc qua
bộ giảm tốc. Riêng mẫu tuabin khí dưới đây có 3 trục. Trục hạ áp gồm máy nén hạ
áp và tuabin hạ áp. Trục cao áp gồm máy nén cao áp và tuabin cao áp. Trục thứ ba
nối tuabin lục với trục máy phát điện. Như vậy, năng lượng cơ của tuabin hạ áp chỉ
quay máy nén hạ áp, và tuabin cao áp chỉ quay máy nén cao áp. năng lượng nhiệt
dư sẽ đưa vào tuabin chính (tuabin lực) để quay máy phát điện.
1.3.4.2. Nguyên lý hoạt động máy phát điện tuabin khí
-
Máy nén khí quay làm khơng khí từ cửa hút của máy nén được nén lại để tăng
áp suất, trong q trình đó khơng chỉ áp suất tăng mà nhiệt độ cũng tăng (ngoài ý
muốn). Đây là q trình tăng nội năng khơng khí trong máy nén. Sau đó khơng khí
chảy qua buồng đốt tại đây nhiên liệu (dầu) được đưa vào để trộn và đốt một phần
khơng khí, q trình cháy là q trình gia nhiệt đẳng áp trong đó khơng khí bị gia
nhiệt tăng nhiệt độ và thể tích mà khơng tăng áp suất. Thể tích khơng khí được tăng
lên rất nhiều và có nhiệt độ cao được thổi về phía tuốc bin với vận tốc rất cao. Tuốc
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 22
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
bin là khối sinh cơng tại đây khơng khí tiến hành giãn nở sinh công: Nội năng biến
thành cơ năng: áp suất, nhiệt độ và vận tốc khơng khí giảm xuống biến thành năng
lượng cơ học dưới dạng mô men tạo chuyển động quay cho trục tuốc bin. Tuốc bin
quay sẽ truyền mô men quay máy nén cho động cơ tiếp tục làm việc. Phần năng
lượng cịn lại của dịng khí nóng chuyển động với vận tốc cao
Hình 8: Cấu tạo của máy phát điện tuabin khí sử dụng khí đồng hành
1.3.4.3. Thông số và đặc điểm máy phát điện
-
Máy phát được đóng kín hồn tồn để q trình vận hành được an tồn, sử dụng
khí hydro để làm mát. Hệ thống thơng gió, bao gồm quạt và các bộ làm mát khí
được bao bọc kín hồn tồn để tránh bụi và hơi ẩm xâm nhập vào máy phát. Cuộn
dây stato được làm mát trực tiếp bằng nước, và cuộn dây rotor được làm mát trực
tiếp bằng hydro. Mạch từ staro cũng được làm mát bằng hydro. Vỏ máy phát có
dạng hình trụ và được hàn kín. Hai đầu của vỏ ngồi cũng được làm kín và đỡ ổ trục
máy phát và bộ chèn trục. Trục rotor gác ngang qua hai đầu vỉ và lịi ra ngồi máy
phát. Do đó cần phải có bộ chèn trục ở cả hai đầu để tránh khi hydro rị ra ngồi.
-
Mạch từ stato được đặt trên tấm lò xo trên kung stato để cách ngăng rung động.
Mạch từ stato và khung có cấu trúc hợp nhất, do đó khơng tách ra được khi vận
chuyển. Máy phát được thiết kế để vận hành liên tục nên cấu trúc phải chịu được
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 23
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao học
các thay đổi tải bất thường và ngắn mạch 3 pha. Một số thiết bị dùng để giám sát
hoạt động của máy phát.
Hình 9: Máy phát điện
1.3.4.4. Thơng số máy phát
-
Loại: 3 pha, từ trường quay, rotor hình trụm máy phát đồng bộ dùng trong nhà
-
Số cặp cực: 2
-
Công suất định mức: 26 MVA
-
Điện áp định mức: 6.6 kV
-
Dòng điện định mức: 2308 A
-
Tỉ số ngắn mạch: Không nhỏ hơn 0,5
-
Hệ số công suất định mức: 0,9
-
Tần số định mức: 50Hz
-
Tốc độ định mức: 3500v/p
-
Phương pháp làm mát: Cuộn dây stato - Nước. Mạch từ stato và cuộn dây roto –
Hydro
-
Độ tăng giảm điện áp: ±5% liên tục ở tần số định mức
-
Độ tăng giảm tần số: ±3% liên tục ở điện áp định mức
-
Áp suất khi hydro: 0,53 Mpa-g
-
Áp suất dầu chèn: 0,57 Mpa-g
-
Hệ thống kích từ: Kích từ tĩnh thơng qua chổi than/vành góp
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 24
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
-
Số lượng bộ làm mát hydro: 4
-
Nhiệt độ đầu vào nước làm mát: Tối đa 380C
Luận văn Cao học
1.3.4.5. Cuộn dây và mạch từ stato
-
Mạch từ được ghép cách điện từ các là thép silic dập có hướng hoặc khơng có
hướng. Các lá thép được xếp chồng lên thanh sườn và cách ly thành từng khối để
tạo khoảng trống thơng gió. Các là thép có các rãnh để đặt thanh dẫn stato, và có
chổ để nêm giữ chặt thanh dẫn. Các lá thép được ép chặt và được bắt vít ở hai đầu
của thanh sườn.
-
Cuộn dây stato được tạo thành từ các thanh dẫn cách điện với nhau và được đặt
bên trong các rãnh stato. Các thanh dẫn stato được hình thành từ nhiều dây dẫn bó
cách điện với nhau và có dạng hình chữ nhật. Một số thanh dẫ có dạng rỗng ruột để
cho nước làm mát chảy bên trong.
1.3.4.6. Các bộ cảm biến nhiệt
-
Một số bộ cảm biến nhiệt điện trở (RTD) được đặt giữa cuộn dây mỗi pha của
stato để đo nhiệt độ cuộn dây. Các bộ RTD khác cũng được đặt để đo nhiệt độ khí
hydro và đầu ra bộ làm mát hydro. Các bộ RTD là PT 100. Cặp nhiệt điện (TC)
cũng được lằp đặt ở vòng đầu ra để đo nhiệt độ nước làm mát cuộn dây stato.
1.3.4.7. Roto va cuộn dây rotor
-
Rotor được rèn từ thép hợp kim. Có các rãnh dọc được phay trên thân roto để
đặt cuộn dây rotor. Cuộn dây roto được nêm chặt trong rãnh để chịu lực ly tâm.
Phía cuối roto có gắn quạt để cấp gió. Vành trượt dùng để cấp dịng kích từ cho
cuộn dây rotor từ hệ thống kích từ, được gắn ở phần cuối trên trục roto. Cuộn dây
rotor bao gồm các thanh đồng hình chữ nhật hình thành nên. Một vài cuộn được
quấn quanh một cực để tạo thành cực từ. Các cuộn dây được cách ly với trục rotor
bởi sơn cách điện.
1.3.4.8. Ổ trục và thiết bị chèn trục
-
Ổ trục và thiết bị chèn trục được lắp đặt cùng với phần cuối vỏ ngoài. Ổ trục có
vỏ bằng thép lót babit, là dạng ổ trục ellip có dầu bơi trơn. Ổ trục tự canh.Ổ trục
phía vành trượt đực cách ly để tránh dòng điện chạm trục. Mỗi thiết bị chèn được
lắp đặt phía trong khung stato ngay cạnh phía trong của ổ trục để ngăn khí hydro rò
SVTH: Đới Thành Chung
Trang 25
