Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thủy điện

bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
viện khoa học thủy lợi



báo cáo tổng kết chuyên đề
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều tốc
cho các trạm thủy điện

thuộc đề tài kc 07.04:
nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và
sử dụng các loại năng lợng tái tạo trong chế biến nông,
lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trờng



Chủ nhiệm chuyên đề: ThS nguyễn vũ việt









5817-6
16/5/2006

hà nội 5/2006

MC LC
Trang
Đặt vấn đề 1
Phần I Lý thuyết cơ bản của thiết bị điều tốc 3
I.1. Sự điều chỉnh tua bin và sự đièu chỉnh tua bin và phân
loại máy điều.
3
I.1.1. Sơ lợc về lý thuyết về điều chỉnh tua bin thuỷ lực 3
I.1.2. Giới thiệu các loại máy điều tốc trong trạm thuỷ điện 5
I.2. N
HU C
ầ
U C
á
C LO
ạ
I M
á
Y
đ
I
ề
U TẩC TRONG TR
ạ
M THU
đ
I
ệ

N

9
I.3. X
U H

NG CH
ế
T
ạ
O C
á
C LO
ạ
I M
á
Y DI
ề
U TẩC TR
ê
N TH
ế
GII

9
I.4 Chế tạo máy điều tốc ở Việt Nam 11
Phần II. Nghiên cứu, chế tạo điều tốc điều chỉnh
lu lợng và điều tốc điều chỉnh phụ tải
13
II.1 Nghiên cứu xử dụng các bộ vi xử lý (P), â thông dụng

vào việc chế tạo máy điều tốc
13
II.1.1 Lựa chọn sử dụng vi xử lý 13
II.1.2. ứng dụng vi xử lý 8051 13
II.1.3 Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý tại trung tâm nghiên cứu
thuỷ điện nhỏ Viện Khoa học Thuỷ lợi
15
II.1.4. Thông tin từ nớc ngoài 17
II.2. Nghiên cứu mở rộng bộ điều khiển điều tốc lu lợng
thành bộ điều khiển đa tác dụng
19
II.3. Xác định phơng pháp điều chỉnh tua bin 20
II.3.1. Sơ đồ điều khiển 20
II.3.2. Sơ đồ khối chức năng 23
II.4 Thiết kế phần cứng 23
II.4.1 CPU 23
II.4.2 Khối hiển thị 24
II.4.3 Khối đo lờng tần số 25
II.4.4 Khối báo hiệu mực nớc

26
II.4.5 Tín hiệu đóng máy sự cố bên ngoài 26
II.4.6 Các công tác thiết lập giá trị vận hành 27
II.4.7 Khối điều khiển 27
II.4.8 Khối cấp nguồn 28
II.5. Xây dựng phần mềm điều khiển 28
II.5.1 Lựa chọn ngôn ngữ 28
II.5.2 Sơ đồ khối tính toán chính 29
II.6 Chế tạo hoàn chỉnh bộ điều tốc 37
II.7 Xây dựng qui trình vận hành, sửa chữa, bảo dỡng 38

II.8 Đề xuất nâng cao chất lợng thiết bị 38
II.9 Bản vẽ nguyên lý 39
Phần III
Nghiên cứu bộ điều tốc điều khiển phụ tải
40
III.1 Tổng quan 40
III.1.1 Thông tin từ nớc ngoài 40
III.1.2 Lựa chọn phơng án thiết kế 42
III.2 Thiết kế phần cứng 50
III.2.1 CPU 50
III.2.2 Khối đo lờng tần số 51
III.2.3 Công tác thiết lập giá trị vận hành 51
III.2.4 Khối điều khiển tải 53
III.2.5 Đièu khiển kiểu Rơle 53
III.2.6 Khối cấp nguồn 53
III.3 Xây dựng phần mềm điều khiển 54
III.3.1 Lựa chọn ngôn ngữ 54
III.3.2 Sơ đồ khối tính toán chính 54
III.4 Chế tạo hoàn chỉnh bộ điều khiển 59
III.5 Đề xuất nâng cao chất lợng thiết bị 60
III.6 Bản vẽ nguyên lý 61
Phụ lục I Phần mềm điều khiển lu tốc điều chỉnh
lu lợng
63a
Phụ lục II Phầm mềm điều khiển điều tốc điều
chỉnh phu tải
102

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

1

Đặt vấn đề
Cung cp nng lng in l mt trong nhng ch tiờu ỏnh giỏ mc phỏt trin
ca mt vựng, cng nh ca mt t nc. Trong chớnh sỏch phỏt trin kinh t - xó hi
min nỳi ca ng v nh nc, vic cung cp in c coi nh l mt trong cỏc
bin phỏp hng u. Cú rt nhiu gii phỏp cp in, bao gm phỏt trin li in
c n
i vi ton quc, phỏt trin li in cc b ti a phng, xõy dng cỏc trm
phỏt in, c bit l cỏc trm thu in va v nh... Nc ta trong vựng nhit i
giú mựa, vi mng li sụng sui dy c, cú tr lng thy nng rt ln. Vic s
dng ngun nng lng ny phc v cho cỏc nhu cu tng lờn khụng ng
ng ca nn
kinh t, cú tỏc dng v nhiu mt, mang li hiu ớch kinh t cao, phự hp vi chớnh
sỏch v nng lng ca nh nc.
ng thi vi vic sn xut v phõn phi in nng, phi chỳ trng nõng cao v
cht lng ca dũng in. Chỳng ta bit rng: Cht lng dũng in c ỏnh giỏ
ch yu qua cỏc i lng i
n ỏp v tn s. Vỡ vy, ngi ta phi ht sc chỳ ý ti
vic m bo n nh in ỏp v tn s ca mng li cung cp in. Mng li in
bao gm nhiu t mỏy phỏt in cỏc loi vn hnh song song cung cp in nng
cho nhu cu ca ph ti, nờn cn cú s phõn phi ph ti h
p lý cho cỏc t mỏy tham
gia h thng v cht lng dũng in ca mng li ph thuc cht lng dũng in
ca tng t mỏy riờng bit; ng thi vic bo m s hot ng an ton ca t mỏy
s gúp phn lm n nh li in.
Trong mt trm phỏt in núi chung, cng nh trong trm thu in núi riờng, ton
b

cỏc nhim v k trờn c thc hin bi mỏy iu tc. Nh vy, vai trũ ca mỏy
iu tc trong trm phỏt in l ht sc quan trng, vi ba chc nng sau:
- n nh tn s dũng in phỏt ra vi mi ch ph ti.
- m bo ch hot ng song song gia cỏc t mỏy phỏt in trong h th
ng.
- m bo dng mỏy khn cp khi xut hin cỏc s c.

Cho n nay, hu ht cỏc thit b trong mt trm phỏt in u phi nhp t nc
ngoi. Ngoi vic phi s dng ngoi t, vic nhp khu cỏc thit b t nc ngoi lm
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

2
cho vic bo hnh, bo dng v sa cha thit b gp nhiu khú khn. Vic ch ng
thit k v ch to cỏc thit b trong trm thy in núi chung v mỏy iu tc núi
riờng phự hp vi cụng cuc cụng nghip húa hin i húa ca nn kinh t nc nh.
ti ó c hỡnh thnh t cỏc yờu cu ca thc t sn xut.
Bn bỏo cỏo ny, trỡnh by cỏc k
t qu nghiờn cu thit k, ch to mỏy iu
tc iu chnh lu lng, iu chnh ph ti x dng vi x lý. õy l mt trong
nhng loi thit b iu tc ó c nghiờn cu nhiu nm Trung tõm Nghiờn cu
thy in nh (Gi tt l Trung tõm thy in), Vi
n Khoa hc thy li, B Nụng
nghip v Phỏt trin nụng thụn.
Báo cáo khoa học Đề tài KC07- 04

Viện khoa học thuỷ lợi
3

Phần 1. Lí THUYếT Cơ BảN CủA THIếT Bị điều tốc.
I.1. S IU CHNH TUA BIN V PHN LOI MY IU TC
I.1.1 S LC V Lí THUYT V IU CHNH TUA BIN THU LC:
Nguyờn lý iu chnh ca mỏy iu tc da trờn phng trỡnh chuyn ng quay
ca t mỏy thu in:

dt
d
JMM
ct

=
(1)
Trong ú: Mt - Mụ men do tua bin sinh ra.
Mc - Mụ men cn ph thuc vo ph ti.
J - Mụ men quỏn tớnh ca t mỏy (Tua bin + Mỏy phỏt).
- Vn tc quay ca t mỏy.
Mun duy trỡ vn tc t mỏy khụng thay i (do ú tn s dũng in khụng i), v
trỏi ca phng trỡnh bng khụng (= 0). Do ú phng trỡnh (1) tr thnh:

const
MM
dt
d
J
ct
=
==

0
(2)
T (2), cú th rỳt ra kt lun: Cú th iu chnh tua bin t tr s vũng quay
khụng thay i bng cỏch m bo iu chnh sao cho luụn t c s cõn bng gia
mụ men do tua bin sinh ra v mụ men cn. Cú th t c iu ny theo 2 cỏch nh
sau:
- iu chnh mụ men trờn trc tua bin Mt sao cho luụn cõn bng vi mụ men cn
ca ph ti Mc. Theo hng ny, ta cú cỏc loi iu t
c iu chnh lu lng vn
thng dựng trong cỏc trm thu in.
.
- Ngc li, iu chnh tng mụ men cn ca ph ti Mc sao cho luụn cõn bng vi
mụ men trờn trc tua bin Mt. Theo hng ny, ta cú loi iu tc iu chnh ph gi
(iu tc ti gi).
I.1.1.1 iu chnh mụ men trờn trc tua bin:
Mụ men sinh ra trờn trc tua bin liờn h vi cụng sut tua bin nh sau:
Ntb = Mt

. (3)
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

4
V ta ó bit, vi ct nc lm vic H v lu lng Q, cụng sut ca tua bin l:

N
QH
tb
=

..
102
(4)
Trong ú:
Ntb - Cụng sut thu lc do dũng nc sinh ra trờn trc tua bin (kW)
- Trng lng riờng ca nc , = 1000 kG/m3 .
Q - Lu lng ca t mỏy (m3/s).
H - Ct nc lm vic ca tua bin (m).
T (3) v (4), k n h s tn tht , rỳt ra:

M
QH
t
=
ì


.. .
102
(5)
Trong vựng lm vic nht nh ca tua bin, trong mt khong thi gian nht nh,
ct ỏp H khụng thay i, h s tn tht khụng thay i, tc l ta cú th coi H=
Const, =Const. Do vy, khi ú Mt ch cũn ph thuc vo lu lng Q. iu chnh
cho mụ men trờn trc tua bin Mt cõn bng vi mụ men cn ca ph ti Mc ta phi
iu chnh lu l
ng nc qua tua bin. õy chớnh l nguyờn tc iu chnh ca cỏc
mỏy iu tc iu chnh lu lng truyn thng c s dng rng rói nht trong cỏc
trm thu in.
I.1.1.2 iu chnh tng mụ men cn trờn trc tua bin:

Trong cỏc trm thu in ỏp dng loi iu tc kiu ti gi, lu lng Q qua tua bin
s
khụng thay i trong nhng khong thi gian nht nh; tc l tua bin s luụn hot
ng vi mt cụng sut Mt nht nh tng ng vi lu lng ny (theo(5)). Do ph
ti tiờu th luụn thay i, tc l mụ men Mc thay i, nờn phi cú mt ngun ph ti
tiờu th bự vo sao cho t c tng ph ti ca tua bin khụng thay i, do ú t
c s cõn bng theo (2). Ph ti ny thng l cỏc
in tr thun. Nhim v ca
mỏy iu tc kiu ti gi l lm sao gi cho tng ph ti ca tua bin khụng thay i
bng cỏch úng-ngt cỏc ph ti bự núi trờn. Vic úng ngt ny thng do mch in
t v cỏc Thiritstor m nhn, cho nờn loi mỏy iu tc loi ny rt gn nh, d sa
cha, giỏ thnh thp.
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

5
Tuy nhiờn, cht lng dũng in trong trng hp ny khụng cao nh trng hp
iu chnh lu lng. Trong cỏc trm thy in cụng sut nh hot ng c lp, yờu
cu v cht lng dũng in khụng cao (Dựng thp sỏng, un nu...), thỡ s dng loi
iu tc ny mang li hiu qu kinh t cao.
I.1.2 GII THIU CC LOI MY IU TC TRONG TRM THU IN
I.1.2.1 Cu to chung.
Núi chung, cỏc mỏy iu tc cú hai b phn chớnh nh sau:
(1) B phn iu khin:

B phn iu khin cú th coi nh trung tõm x lý tớn hiu ca iu tc v vũng
quay ca t mỏy, l b phn quan trng v phc tp nht ca mỏy iu tc. Trong b
phn ny cú th chia ra mt s cm vi cỏc chc nng sau:
- Cm b phn cm ng: Lm nhim v nhn cỏc tớn hiu vũng quay ca t mỏy, so

sỏnh sai lch v
i giỏ tr t trc ca vũng quay t mỏy to ra tớn hiu iu chnh
tng ng tỏc ng lờn b phn x lý.
- Cm b phn x lý: T tớn hiu sai lch to ra tớn hiu iu khin ca van tua bin
(hoc ph ti)
- B phn n nh: Lm nhim v n nh h thng iu chnh nhm m b
o cht
lng ca h thng c iu chnh, thụng qua cỏc tớn hiu phn hi v vũng quay, gia
tc vũng quay...
(2) B phn chp hnh:

Lm nhim v iu chnh theo yờu cu ca mỏy iu tc (Lu lng qua tua bin
hoc ph ti ca t mỏy).
I.1.2.2 Cỏc loi iu tc dựng cho trm thu in.
(3) iu tc iu chnh lu lng

Theo cu to, kt cu ca cỏc b phn chớnh ca mỏy iu tc, cú th chia ra cỏcloi
iu tc sau, m tờn gi hm ý kiu cu to ca b phn iu khin v b phn chp
hnh:

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

6
(a) iu tc C-Thu lc
õy l loi mỏy iu tc ra i t rt lõu. B phn iu khin l b phn c hc,
nh: con lc li tõm, con lc thu lc; b phn chp hnh l thu lc (secvomotor thu
lc), cỏc b phn khỏc u l cỏc c cu c khớ hoc thu lc.
u im

:
- Cú kh nng iu khin cỏc tua bin thu in cú cụng sut cao.
- Tớn hiu iu chnh l liờn tc.
- bn cao.
Nhc im
:
- H thng cng nhc khú thay i cỏc h s iu khin khi phi iu khin cỏc h
cú nhiu s thay i ln.
- tr ca thit b ln.
- sai lch tnh ln.
Hin nay cỏc nc phỏt trin rt ớt dựng loi ny.
(b) iu tc in -Thu lc
Cng nh loi trờn, loi
iu tc ny cú b phn chp hnh l thit b thu lc, cũn
li b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thit b in t tng t.
u im:

- Gn nh, d dựng hn b iu tc C - Thu lc
- Kh nng cụng nghip hoỏ cao.
- Tớn hiu iu khin liờn tc.
- m bo nhy, chớnh xỏc iu khin
Nhc im
:
- H thng vn cũn cng nhc, kh nng thay i cỏc thụng s ph thuc vo phn
cng.
- Cú s trụi trt cỏc tham s do c im ca cỏc linh kin analog.
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

7
- quỏ iu chnh cũn ln
- ch to mt h iu khin cú nhiu tớnh nng thỡ rt phc tp
- Giỏ thnh ch to cỏc phn t thy lc cũn cao.
(c) iu tc in t s -Thu lc
Cng nh loi trờn, loi iu tc ny cú b phn chp hnh l thit b thu lc, cũn
l
i b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thit b in t s.
u im:

- Gn nh, d dựng thay i cỏc thụng s iu chnh
- Cú kh nng t truy tỡm hng s thi gian ca t mỏy cho ra tớn hiu iu chnh
tng thớch.
- chớnh xỏc cao, sai lch tnh nh.
- quỏ iu chnh nh
Nhc im
:
- Giỏ thnh ch to cỏc phn t thy lc cũn cao.
(d) iu tc in t -in
Loi iu tc ny cú b phn chp hnh l ng c in, cũn li b phn cm ng
v cỏc b phn khỏc u l thit b in t tng t. Loi iu tc ny cú chung cỏc u
nhc i
m nh loi mỏy in -Thu lc, ngoi tr phn chp hnh l in, phự hp
hn khi ỏp dng trong cỏc trm thy in nh
(e) iu tc in t s - in
Loi iu tc ny cú b phn chp hnh l ng c in, cũn li b phn cm ng
v cỏc b phn khỏc u l thi
t b in t s. Loi iu tc ny cú chung cỏc u
nhc im nh loi mỏy in t s -Thu lc, ngoi tr phn chp hnh l in, phự
hp hn khi ỏp dng trong cỏc trm thy in nh

(4) iu tc iu chnh ph ti

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

8
Trong thi gian gn õy, bờn cnh cỏc mỏy iu tc kiu truyn thng, ó xut hin
v c ỏp dng nhiu nc trờn th gii loi mỏy iu tc kiu ti gi (Dummy
Load, Electronic Load Control). i vi cỏc trm thu in nh, vic s dng mỏy
iu tc kiu th nht núi trờn s khụng kinh t, vỡ nhiu l m trc ht l giỏ thnh
ch to, kt cu phc tp lm cho chi phớ bo dng vn hnh cao...Hoc ti cỏc trm
thu in trờn h thng ti, ni m khụng th tu ý thay i lu lng qua t mỏy;
hoc ti cỏc v trớ m iu kin v dũng chy khụng b hn ch...thỡ vic ỏp dng mỏy
iu tc kiu ti gi hon ton l phng ỏn kinh t hn.
õy l loi thi
t b thuc th h mi, nờn hu nh cỏc phn t trong nú u ng
dng cỏc thnh tu ca k thut in t v tin hc.

cơ
thủy lực
Analog DIGITAL
Điện tử
thủy lực
Analog DIGITAL
Điện tử
Điện
điều chỉnh lu lợng
Analog DIGITAL
điều chỉnh phụ tải

máy điều tốc



Hỡnh 1 - Phõn loi mỏy iu tc

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

9
I.2 NHU CU TRấN TH TRNG V MY IU TC
Nh ó cp nhiu ti liu, thy in nh úng vai trũ rt quan trng trong chin
lc v nng lng ca t nc, phc v cho cụng cuc phỏt trin dõn sinh kinh t,
nht l ti cỏc vựng min nỳi xa xụi. Cú th thy hai vn trong lnh vc ny:
Th nht, i vi cỏc trm th
y in nh xõy dng mi, giỏ thnh ca mỏy iu tc
chim t trng tng i ln trong tng giỏ tr cỏc thit b (Vớ d: Giỏ nhp khu mỏy
TT150 (Trung Quc) l 80 triu ng Vit Nam - 1998). Mt khỏc, do c cu tiờu
chun húa thit b tua bin, mt loi mỏy iu tc c s dng trong mt di ln v
cụng sut ca tua bin, nờn i v
i t mỏy cụng sut nh, t trng giỏ thnh ca mỏy
iu tc cng ln.
Th hai, i vi cỏc trm ó xõy dng t trc nc ta , cỏc mỏy iu tc trong
cỏc trm thu in ny ch yu l loi mỏy C khớ - Thu lc; Sau mt thi gian vn
hnh nht nh, hu nh ó b h hng m khụng cú ph tựng thay th. Cỏc chi tit
thu l
c tuy khụng ln, nhng ũi hi phi gia cụng rt chớnh xỏc v cht lng vt
liu tt. a s cỏc trm thu in nh ny, do khụng cú mỏy iu tc hoc do mỏy
iu tc ó b h hng phi vn hnh bng tay, nờn cht lng dũng in khụng m

bo tiờu chun ho li quc gia, mt khỏc rt d h hng t mỏy khi gp s
c.
Theo iu tra ỏnh giỏ ca chỳng tụi thỡ nhu cu ch to mi, sa cha thay th thit
b iu tc cho cỏc trm thu in nh ó xõy dng l rt ln. Vic ch ng ch to
c mỏy iu tc trong nc s mang li nhiu li ớch v kinh t, xó hi.
I.3 XU HNG CH TO CC LOI MY I
U TC TRấN TH GII.
Ngy nay trờn th gii, khoa hc - k thut phỏt trin vi tc vụ cựng nhanh
chúng. Khong cỏch gia nghiờn cu v ng dng c rỳt ngn rt nhiu so vi cỏc
thp niờn trc. Cỏc thnh tu mi ca khoa hc cụng ngh luụn c ng dng vo
thc t, v qua thc t quay li hon thin hn. Vic ch to thit b iu tc (m thc
t hin nay, l thit b iu khin nhiu tỏc dng) ó ng dng rt nhiu thnh tu ca
khoa hc v iu khin t ng, ca cụng ngh in t tin hc. Nhỡn chung, cú th a
ra mt s nhn xột sau:
1. Hu nh, vic ng dng vi x lý, vi iu khin ó tr thnh ph bin.
u
im ca chỳng ó cú nhiu tỏc gi cp, õy ta cú th nhn thy mt s nột chớnh:
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

10
- Kớch thc nh;
- Thi gian x lý nhanh, vi tc x lý c ns hon ton m bo tớnh thi gian
thc (real-time) trong o lng v iu khin;
- chớnh xỏc cao, vi cỏc th h 16, 32 v 64 bit, chớnh xỏc ó t mc vụ
cựng ln so vi yờu cu iu khin (vi 10 bit, ta ó cú chớnh xỏc 0,1 %, 16 bit ~
0,15.10
-5
%);

- S lng cỏc u vo ra ln cựng cỏc tớnh nng iu khin c tớch hp trờn linh
kin (on-chip), lm tng kh nng x lý nhiu tỏc dng cựng lỳc, b iu khin tr
thnh a tỏc dng, khụng ch n thun iu khin 1 thụng s no ú;
- Kh nng truyn tin mang n kh nng o lng iu khin t xa, d dng thit
lp m
ng thụng tin SCADA;
- Mm do trong thut toỏn: Do cỏc thut toỏn iu khin l phn mm, vic thay
th, sa cha cỏc thut iu khin, cỏc thụng s hon ton l phn mm, khụng phi
sa cha hoc thay th phn cng (Do ú mch in phn cng cng n gin hn
nhiu);
- Giỏ thnh tng i r v d ch to trong nc: Do giỏ thnh ch to cỏc linh
ki
n in t gim xung nhanh chúng, do mc s dng rng rói, nờn vic mua cỏc
linh kin khụng quỏ khú khn. Mt khỏc, trỡnh v in t - tin hc trong nc ó
phỏt trin cao, nờn cú th hon ton lm ch c vic vit phn mm iu khin. Vic
u t sn xut khụng ln nh cỏc thit b c khớ - thu lc.
2. i vi cỏc trm th
y in cụng sut ln, vic úng m tua bin v cỏc thit
b cn phi cú cụng sut ln, nờn c cu chp hnh vn l thy lc.
3. i vi trm thy in nh, s dng c cu chp hnh l ng c in ó tr
nờn ph bin do kớch thc gn, c cu n gin, giỏ thnh ch to r
hn nhiu so vi
c cu thy lc.
4. Vi cỏc trm thy in mini, s dng iu tc ti gi lm n gin hn quỏ
trỡnh iu khin, bn thit b c tng lờn, do thit b lm vic n nh mt ch
nht nh; giỏ thnh thit b r hn nhiu so v
i iu chnh lu lng.
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

11
I.4 CH TO MY IU TC VIT NAM
T nhng nm 1980 tr li õy, ó cú mt s c s sn xut v nghiờn cu Vit
nam tin hnh thit k ch to thit b thu in nh, trong ú cú mỏy iu tc.
Ti Cụng ty C khớ H Ni, t nm 1982, ó tin hnh sn xut mt s
loi mỏy
iu tc. Cỏc loi mỏy iu tc ny c thit k theo mu iu tc ca nc ngoi.
ú l mỏy TT75 (mu Trung Quc), TT1500 (mu Liờn Xụ). Trờn c s mỏy TT75,
ó thit k ci tin mt s loi khỏc nh TT100, TT150, TT200. Ton b cỏc mỏy iu
tc k trờn thuc loi iu tc C - Thu lc. Núi chung cỏc loi mỏy iu tc C
-
Thu lc trờn lm vic n nh nhiu nm nay, nhng do c tớnh ca loi iu tc ny
nờn cht lng diu chnh khụng cao; hn na kt cu ca mỏy rt phc tp, cng
knh do cỏc truyn ng c khớ, mt s chi tit ũi hi phi u t ln vo dõy chuyn
cụng ngh nh lũ xo lỏ con lc ly tõm, cỏc van phõn phi thy lc, b ph
n hoón
xung..., nờn giỏ thnh mỏy cao. Trờn c s mỏy TT1500, nh mỏy ó ci tin thnh
kiu iu tc in t - Thu lc, nhng khụng thnh cụng. Do nhiu nguyờn nhõn
khỏc nhau, Cụng ty ó khụng tip tc nghiờn cu sõu v thit b thy in cng nh
mỏy iu tc.
Vin Nghiờn cu mỏy, Nh mỏy sa cha thit b in - B Cụng nghip v Trng
i hc bỏch khoa Nng ó s
n xut th mt s mỏy iu tc C - Thu lc nhng
cht lng rt thp, da trờn cỏc thit k quỏ c v kớch thc cng knh, ch c
ng dng ti mt vi trm thy in nh.
T nm 1981 tr li õy, Trng i hc Bỏch khoa H ni ó nghiờn cu v tng
bc th nghim s
n xut cỏc loi mỏy iu tc in t - Thu lc. Mt s cụng trỡnh
thu in lp t mỏy iu tc loi ny cho thy nu cú s u t thớch ỏng thỡ nc

ta cú th ch to c iu tc vi cht lng ngang hng vi mỏy ca nc ngoi.
Trong nhiu nm, Trung tõm thu in, Vin Nghiờn cu khoa h
c v kinh t thu
li ó cú nhiu nghiờn cu thnh cụng trong lnh vc thu in nh. Bờn cnh vic
nghiờn cu, sn xut v lp t cỏc tua bin thu lc nhiu a phng trong c nc,
Trung tõm ó u t rt nhiu vo vic nghiờn cu v mỏy iu tc. Trung tõm ó cú
s kt hp vi nhiu n v trong v ngoi nc ti
n hnh nghiờn cu v sn xut
mỏy iu tc. Kt hp vi Trng i hc Bỏch khoa H ni, Trung tõm ó cú nhng
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

12
nghiờn cu ton din v iu tc in t - Thu lc, v ó th nghim thnh cụng ti
mt s trm thu iờn cỏc tnh phớa Bc v Tõy Nguyờn. Gn õy nht, kt hp vi
Trng i hc Bỏch khoa H ni, Hóng TANAKA (Nht Bn), Trung tõm ó nghiờn
cu v ch to th nghim sm sn xut loi cỏc loi i
u tc in t - in kiu
Ti gi v kiu dựng secvomotor in.
Báo cáo khoa học Đề tài KC07- 04

Viện khoa học thuỷ lợi
13

Phần II. Nghiên cứu, chế tạo đièu tốc đièu chỉnh
lu lợng và đièu tốc đièu chỉnh phụ tải.
II.1. NGHIêN CU X DNG CC B VI X Lí (P, (C) THễNG DNG VO
VIC CH TO THIT B IU TC
II.1.1 LA CHN S DNG VI X Lí

Vic la chn thit k ch to cỏc thit b da trờn cỏc b vi x lý xut phỏt t cỏc
lý do sau:
- iu kin v ch to cỏc thit b c in trong nc cũn mc ht sc khiờm tn,
nu mun ch to cỏc thit b c in thay th ũi hi phi u t ln dõy chuy
n
sn xut.
- Xu th phỏt trin cỏc thit b in trờn th gii l ng dng cỏc thnh tu mi
trong lnh vc in t - vin thụng - tin hc.
- Mc phỏt trin v iu kin ca cụng nghip in t tin hc trong nc cho
phộp thit k, ch to cỏc thit b in cú tớnh nng tng ng vi linh kin nh
p t
nc ngoi.
- Cỏc thit b kiu mi cú kớch thc gn hn s lm gim khi lng xõy lp; phn
mm iu khin cho phộp mm do trong vn hnh, cú th nõng cp, thay th m
khụng cn u t li phn cng thit b.
- Giỏ thnh ch to r so vi ch to thit b c in v so vi nhp ngoi.
II.1.2 NG DNG VI X Lí 8051
Thut ng Vi x lý (Micro-Processor - àP) v Vi iu khin (Micro-Controller -
àC) khụng cú s khỏc bit rừ rt. Trong trng hp b vi x lý khụng dựng vo mc
ớch tớnh toỏn m ch yu l iu khin mt quỏ trỡnh no ú, ngi ta thng gi
chỳng l àC. Theo cỏch hiu ny, àC l mt loi vi x lý trong tp hp cỏc b vi x lý
núi chung. Trong bn bỏo cỏo ny, hai thut ng c coi nh tng ng.
Lch s phỏt trin cỏc b
vi x lý gn lin vi lch s phỏt trin ca linh kin bỏn
dn, khi u l s phỏt minh ra tranzito cỏc phũng thớ nghim ca cụng ty Bell.
Trong khong thi gian tip theo, l s phỏt trin nhanh chúng ca cỏc b vi x lý. Sau
õy l mt s mc quan trng:
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

14
Nm 1958, Jack Kilby ó phỏt minh ra vi mch t hp u tiờn, ti cụng ty Texas
Instrumens (M) v t nhng viờn gch u tiờn cho s phỏt trin ca cỏc vi mch
logic h 74xx.
Nm 1960, ra i mỏy tớnh u tiờn c lp rỏp hon ton bng tranzito ti cụng ty
IBM.
Nm 1971, cụng ty Texas Instrumens sn xut ra b vi x lý 4 bit TMS 1000.
Nm 1976, cụng ty Intelligent Electronics (INTEL - M) ó cho ra i b vi iu
khin n chip 8 bit u tiờn vi tờn gi 8048. Cỏc cụng ty khỏc cng ln lt cho ra
i cỏc b
iu khin 8 bit tng t vi 8048 v hỡnh thnh h vi iu khin MSC-48
(Microcontroller System 48).
Nm 1980, INTEL sn xut ra th h th hai cỏc b vi iu khin n chip 8 bit vi
tờn gi 8051, v tr thnh cụng ty hng u trong lnh vc sn xut cỏc b vi x lý.
Ch mt thi gian ngn, hng lot cỏc th h 8051 ra i hỡnh thnh h MCS-51.
n nay, h MSC-51 ó cú trờn 250 thnh viờn v c hu ht cỏc cụng ty bỏn dn
hng u th
gii ch to, sau INTEL phi k n AMD, Siemens, Philips, Dallas,
OKI, v.v...
Ngoi ra, phi k n cỏc cụng ty cú cỏc h vi iu khin riờng, nh:
- H ST62 ca cụng ty SGS - THOMSON
- H H8 ca cụng ty HITACHI
- H PIC ca cụng ty Microchip
- H 68HCxx ca MOTOROLA.
Trong s ú, h 68HCxx ca MOTOROLA cnh tranh rt mnh m vi h 8051
trờn th trng th gii.
ng v mt s lng thỡ h 8051 vn dn u trờn th tr
ng cỏc b vi iu khin
trờn th gii. Mt s s liu sau cho thy mc ng dng ca chỳng. Theo s liu

1995, cỏc b vi x lý 8 bit chim 67% th phn cỏc b vi x lý (4, 8, 16 v 32 bit).
Tng doanh thu cỏc b vi x lý 8 bit l 5 t USD vi s lng bỏn ra l 1,5 t b
(1995). Tng trng hng nm v s lng cho n nm 2000 l 30%. Ch riờng hóng
PHILIPS, mi ngy xut xng 1 triu b
(nm 1998).
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

15
Rừ rng l tng lai ca th trng vi x lý ang m rng khụng ngng. Ngy nay,
chỳng cú mt trong rt nhiu thit b, trong nhiu lnh vc khỏc nhau. Vic ng dng
cỏc b vi x lý núi chung, h MSC-51 núi riờng trong lnh vc cỏc thit b o lng
iu khin bo v l phự hp vi xu hng hin nay trờn th gii.
II.1.3 NGHIấN CU NG DNG VI X Lí TI TRUNG TM NGHIấN CU THY
IN NH - VIN KHOA HC THY LI
Tuy l mt n v trong ngnh Thy li, thuc B Nụng nghip v phỏt trin nụng
thụn, nhng trong hn 10 nm qua, Trung tõm Nghiờn thy in ó cú nhiu nghiờn
cu ng dng vi x lý trong cỏc thit b o lng - iu khin trong trm thy in.
Trung tõm cú i ng cỏn b cú chuyờn mụn v lnh vc o lng - iu khin - t
ng húa, gm 01 tin s, 05 k
s. Ngoi ra, Trung tõm ó c Nh nc trang b v
t trang b nhiu thit b, trang b chuyờn dng trong lnh vc ny. Bờn cnh ú, kt
hp vi nhiu n v trong v ngoi nc nh i hc Bỏch khoa H Ni, Cụng ty
Xut nhp khu cụng ngh mi (B Khoa hc - Cụng ngh - Mụi trng), Trung tõm
Thy in nh Hng Chõu (Trung Quc), Hóng TANAKA (Nht Bn)...Trung tõm ó
t c nhng thnh cụng nht
nh trong nghiờn cu, thit k, ch to cỏc thit b o
lng iu khin trờn c s ng dng vi x lý.
Di õy l mt s thit b iu khin s dng vi x lý h 8051, c nghiờn cu

thit k, ch to ti Trung tõm Nghiờn cu thy in nh - Vin Khoa hc thy li
trong thi gian qua (1995-2001).

Hỡnh 2 - Thit b hũa in bỏn t ng
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

16


Hỡnh 3 - Thit b hũa in bỏn t ng



Hỡnh 4 - Thit b i ngun t ng



Hỡnh 5 - Thit b iu tc ti gi

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

17


Hỡnh 6 - Thit b o lng t ng t xa

II.1.4 THễNG TIN T NC NGOI
Theo cỏc thụng tin, ti liu t nc ngoi ca cỏc cụng ty, t chc v thy in nh
nh: Hóng TANAKA (Nht bn), Trung tõm khu vc Chõu ỏ - Thỏi bỡnh dng v
thy in nh (Hng Chõu-Trung Quc), SHP network... Chỳng tụi ó cú cỏc ti liu
v loi iu tc in t iu chnh lu lng s dng vi x lý. Trong quỏ trỡnh thc
hin ti, chỳng tụi ó nhp mt b thit b
nh vy t Trung Quc kho sỏt. Sau
khi xem xột thit b trong phũng thớ nghim v ti hin trng, chỳng tụi ó cú mt s
nhn xột sau:
- Thit b cú kớch thc gn nh, hon ton phự hp vi cỏc trm thy in nh v
cc nh v lp t, s dng, bo dng thay th;
- Thit b cú nhiu chc nng (multi-function), khụng ch l mỏy iu tc;
- V cu to, thit b ca Trung Quc s dng h vi x lý khụng cũn thụng dng
trong thi im hin nay (H MSC-48);
- V cht lng linh kin, cỏc n v trong nc hon ton cú th lm t ngang
bng v tt hn, vi giỏ thnh r hn (tt nhiờn, vn phi nhp linh kin l t nc
ngoi).
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

18


Hỡnh 7 - Thit b iu khin t ng trm thy in (Trung Quc)



Hỡnh 8 - Thit b iu khin t ng trm thy in (Trung Quc)

Hỡnh 9 - Thit b iu khin t ng trm thy in (M)
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

19


Hỡnh 10 - Thit b iu khin t ng trm thy in (c)

II.2. NGHIêN CU M RNG B IU KHIN IU TC LU LNG
THNH B IU KHIN A TC DNG
Hin nay, vi s phỏt trin mnh m ca cụng ngh in t - tin hc, cỏc b vi x lý
c tớch h
p nhiu tớnh nng iu khin trờn cựng mt vi mch (On-chip) nh:
Timer, b thut toỏn s hc, cỏc khi nhõn/chia...v.v.., tc xung nhp ca chỳng
c tng lờn ỏng k, cỏc linh kin ngoi vi cng c phỏt trin rng rói, nờn mt b
vi x lý cho phộp thc hin ng thi nhiu nhim v khỏc nhau do s lng cỏc
ng vo ra ln, tc x lý nhanh, kt hp vi s phỏt tri
n v thut toỏn iu
khin. Vic s dng mt b iu khin thc hin a chc nng cú th thy mi
lnh vc, mi ng dng trong k thut v i sng.
Trong thc t vn hnh trm thy in, ta thng gp cỏc vn sau:
iu tn: - m bo
n nh tn s ca dũng in phỏt ra
- Tham gia phõn phi ti trong h thng
Hũa in, a t mỏy t ch c lp chuyn sang chy trong h thng.
iu khin theo mc nc, t mỏy luụn hot ng trong vựng hiu sut cao
nht, nh vy s dng ngun nng lng cú hiu qu nht.

Bo v
t mỏy trong cỏc trng hp s c.
Tham kho cu to ca cỏc thit b ca nc ngoi, chỳng tụi xỏc nh cỏc chc
nng chớnh ca thit b nh sau:
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

20
L thit b iu tc, vi kh nng chy c lp cng nh trong li in vi 3
mc chớnh xỏc ng vi 3 qui mụ li in khỏc nhau (Li cp quc gia, li
cp vựng, li a phng); Phn t iu khin l mch vi x lý, phn t chp
hnh l ng c in;
L thit b hũa
in t ng;
L thit b bo v, cú kh nng bo v quỏ tc , úng mỏy khi cú s c, iu
khin t mỏy theo mc nc;
Cú cỏc u vo bao gm cỏc giỏ tr thit lp chc nng hot ng (function):
iu tn, Hũa, iu khin theo mc nc; Cỏc giỏ tr thit lp ch hot ng
(Mode): L
i cp 1,2,3; Cỏc giỏ tr thit lp liờn quan ti quỏ trỡnh úng m;
Cỏc u vo cp nng lng cho thit b; Cỏc u vo o giỏ tr tn s; Cỏc u
vo o mc nc; u vo ca tớn hiu dng mỏy khn cp.
Cú cỏc u ra kiu r le iu khin tng, gim tc , hũa, iu khin úng ct;
Hin th giỏ tr tn s
dũng in, cỏc tớn hiu theo dừi trng thỏi lm vic, tớn
hiu cnh bỏo.
II.3. XC NH PHNG PHP IU CHNH TUA BIN
II.3.1 S KHI IU KHIN
II.3.1.1iu khin theo tn s

Hỡnh 11 - S khi iu khin
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

21
S khi iu khin nh hỡnh 11. õy l s h kớn, iu khin theo sai lch,
mt s iu khin thụng thng c ỏp dng trong cỏc loi mỏy iu tc. Do õy
l h iu khin secvo, nờn thut iu khin c chn l PD. Theo kinh nghim v
thc t vn hnh trm thy in nh v c
c nh, chỳng tụi la chn ch vn hnh
khi t mỏy tham gia trong h thng in l chu ph ti c bn (ph ti nn - base
load). Chớnh vỡ vy, loi iu tc ny, t mỏy khụng tham gia phõn chia ti khi h
thng cú dao ng tn s, iu ny lm cho cỏc t mỏy cú cụng sut nh v cc nh
vn hnh n nh, cú th hot ng theo mc nc (water level control) v n gi
n v
thit b (khụng cú phn hi cụng sut t mỏy).
Vi ch vn hnh la chn, khi tham gia trong h thng in, mt di tn s
c la chn bng phn mm l di cht (Dead bank), giỏ tr ph thuc vo kiu
li:
- Loi 1, l li cú yờu cu cht lng cao (li Quc gia): 49 - 51 Hz
- Loi 2, l li cú yờu cu cht lng thp h
n (Li a phng): 48 - 52 Hz
- Loi 3, l loi li in cc b, nh, yờu cu cht lng in thp: 0 - 55 Hz
Khi tn s li ra ngoi phm vi ny, thit b s iu khin t mỏy t ng ct khi
li in.
f
2

f
1
=50 Hz
Tần số
Công suất
P
max
P
1
0
P
2

Hỡnh 12 - c tớnh iu chnh tua bin khi tham gia chu ti thay i

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

22
f
max
f
min
f
o
=50 Hz
Tần số
Công suất
P

max
0

Hỡnh 13 - c tớnh iu chnh tua bin chu ti c bn
II.3.1.2 Hũa in
Thit b s t ng iu khin t mỏy theo giỏ tr tn s li in sao cho khi chờnh
lch tn s gia hai ngun in nh hn 0,25 Hz, chờnh lch pha nh hn 20
0
, s phỏt
lnh iu khin úng r le hũa in.
II.3.1.3 iu khin theo mc nc
Tham gia trong h thng in, rừ rng t mỏy t hiu ớch cao nht khi hot ng
trong vựng hiu sut cao, s dng tt nht th nng ca dũng nc. iu khin theo
mc nc, thc cht l iu khin hn ch m
tua bin theo mc nc thng lu,
sao cho lng nc qua tua bin khụng ln hn mc tớnh toỏn nhm gi ct nc lm
vic ca tua bin nm trong vựng vn hnh cú hiu sut cao.
II.3.1.4 Cỏc chc nng bo v
Bo v quỏ tc
- Tỏc ng vo mỏy ct chớnh
- úng van tua bin
Bo v khi cú s c li
- Tỏc ng vo mỏy ct chớnh
- a tua bin v hot ng khụng ti
Bo v khi cú lnh t
bờn ngoi
- Tỏc ng vo mỏy ct chớnh
- úng van tua bin