Luận văn nghiên cứu hệ thống giám sát Điều khiển và tiết kiệm Điện năng trong nhà máy lọc dầu

Vì vậy, khi được đưa vào hoạt động, hệ thống thường vận hành ở chế độ không tối ưu: máy biển áp non hoặc quá ti, sụt áp, các giá trị chỉnh dịnh bảo vệ không phủ hợp với chế độ vận hành

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAL HQC BACH KHOA HA NOL

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT THỀU KHIỂN

VA TIET KIEM DIEN NANG TRONG NIIA MAY LOC DAU

NGANH: TU DONG HOA

NGUYEN HOANG LINH

Người hưởng dẫn khoa hoc: TS NGUYEN HONG QUANG

HA NOI 2008

Trang 2

-1-

Hệ thẳng giảm sát điều khiển và tiết kiệm điện nding (EMCS;

LOI CAM DOAN

"Hệ thẳng giảm sát điều khiển và tiết kiệm điện năng"

Tôi xm cam đoan luận văn này do chính bản thân làm dưới sự hướng

Nguyễn Hồng Quang lồi xin chịu trách nhiệm vẻ nội dung của

Trang 3

LỜI CẮM ƠN

Trước hết, tổi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thay giáo

TS.Nguyễn Iléng Quang, người đã luôn tận tỉnh, đành nhiêu tâm huyết để

hướng dẫn, bễ trợ kiến thức cho tôi, cũng như thường xuyên động viên, khich

lệ tôi hoàn thành tất bản luận văn này Tiếp theo tôi cũng xin chân thành cảm

ơn các thây cô giáo trong khoa Điện đã dành nhiễu thời gian giúp đỡ, chỉ bão

và truyền thụ những kiến thức cơ bản vô củng quý giá cho tôi trong suốt quá

trình học tập nghiên cứu và đặc biệt trong thời gian thực hiện đô án

Qua đây, tôi muến được bay td lòng biết ơn sâu năng đối với gia đình

tôi, ba mẹ vả em trai, những người luôn ở bên tôi, tạo mọi điều kiện, dông

viên khích lê và chia sẽ những khó khăn trong quá trình học tập, làm luận văn của tôi cũng như trong cuộc sống đời thường hang ngay

Tôi cũng xin cảm ơn các anh chị trong lớp đã cùng tôi tranh luận, trao

dỗi kiến thức và hỗ trợ tôi hoàn thành tốt bản thiết kế này

Hà Nội, ngày 16 tháng 11 năm 2008

Nguyễn Hoàng Linh

Nguyễn Hoàng Linh Luận văn thạc sỹ

Trang 4

Danh mục các ký hiệu viÊt tắt

Danh mục các ký hiệu viết tắt

Danh mụe các bằng

T3anh mue các hình vẽ

TỚI NỘI ĐẦU

CHUONG 1 ‘TONG QUAN GIAI PHAP GIAM |

SÁT! NẴNG LƯỢNG

11 Giới thiệu chung,

1.2 Hiệu quả một hệ EMS mang lại

13 Câu trắc một hệ EMS

1.4 Những vi đụ đơn giản ví

CIUGNG 2 HE THONG QUAN LY

NÀNG LƯỢNG TRƠNG NHÀ MÁY

2.1 Giới thiệu chung hè thông quản lý và

2.2 Hệ EMCS trong nhà mấy lọc đân

2.3 Câu trắc hệ thóng

2.4 Những chức năng chỉnh

CHƯƠNG 3 CHỨC NÀNG CẮT TÀI TỰ ĐỘNG

3.1, Nguyên tắc cất tải

32 Những trường hợp ứng dụng của L3 khi mat oe

3.3 Những trường hợp ứng dụng của 1.8 khi hoại động đưới tần số: 4

3.4 Thiết lập câu hình cất tải

3.5 Chức năng cắt tái trong trường hợp bị mật nguôn cấp (LSLS)

3.6 Cất tải trong trường hợp hoạt động dưới tân số (LSUP) .62

37 Khóa liên hợp giữa bai trường hợp cỉ

3.8 Thiết lập và lưu trữ các thông số cất tãi

CHƯƠNG 4 PHAN MEM QUẦN LY HE THONG

4.1 Của số chương trình

412 LHiển thị mạng điện tại các trạm phân phí

43 Man hinh Synoptic

4-4 Hiển thị thông số các thiết bị

4.5 Giao điện phần mềm chức năng cất tải

Trang 5

Các chỉ tiêu chính khi lựa chọn Scpam

Đầu vào sensor của S20

Bang 3.2 Xác định danh sách những lãi bị loại bỏ 62

Bảng 4.1 Các nút chức năng cửa số thiệt bị ¬— -~- ,BŨ

Bảng 4.2 Quy trớc biên thi sự kiện - - - - 87

Danh muc các hình vẽ

Hình 1.1 Sử đụng nông lượng hiệu quả và tiết kiệm 1 Hình 1.3 Các chc năng của một hệ thông EMS 18

Hình 1.3 Tông quan một hệ thông EMS

Hình 1.4 Giãm sát năng lượng tại một tòa nhà

Hình 1.5 Biểu đồ điện năng trước khi lắp đặt hệ thông - 16 Hình 1.6 Biểu đỏ điện nãng sau khi có tác động,

Hình 2.1 Sơ đỗ mặt bằng các trạm điện tại nhà máy

Hình 2.3 Chúc năng điều khiên và giảm sát cúa S20

Tình 2.3 Các đần vào sentsor của T20

Hình 2.4 Các cách đân đây cơ bản của S20

Hình 3.5 Các đầu vào sensor của MáI

Hình 2.6 Các cảch đầu đây cơ băn của S2

1ỉnh 2.7 Ví đụ các đầu vào biển thế đo hường của G88 - - - 3

Trình 2.8 Các đại lượng tinh toán tử các giá tr đo lường - 38

Tinh 2.9 Chức nững xúc định thử tụ pha của S80 - 34

Hình 2.10 Nguyên lý đo tốc độ quay của S80 ._

Hình 2.11 Do dòng khởi đông và thời gian khởi đông mây của S80 - 36 Linh 2.12 Tỉnh toán giá trị đồng vỉ sai cho đông cơ - - - 3⁄7 Tinh 2.13 Tính toán giá trị đồng vi sai cho máy biên áp - 38

Hinh: 3.14 Sơ độ bảo vệ thanh din oulgocr MBA 22/6.93kV, 22/0 42kV „39

Hình 2.15 Sơ đề bảo vệ và điều khiần MCLL 22kV eo

1linh 2.16 Sơ đề bảo vệ đồng cơ đồng bộ 6.6kV - - 42 Tlinh 3.1 So 46 co ban mạng điện enng cắp cho nhà máy - 50

Hình 4.1 Đề thị phân phôi điện của nhà máy - 65 Hình 4.3 Sơ đỏ mạng điện tram 851 " pee seseesie m

68 70 Tĩnh 4.5 Sơ đo tủ phân phối I-ISSW-3-I 7

Hình 4.6 Sơ đồ tú phân phốt 1-SW-4-I - 72

Trang 6

-5-

Hình 4.7 Sơ đồ tủ phân phối 1-SW-4-1

P

Hình 4.10 Sơ dễ tủ phân phối 1-§W-4-4

Hình 4.11 Thông số vận hành của hệ thông

Hình 4.12 Ví dụ cúa số thông số thiết bi

Lĩnh 4.13 Cửa sô hiê Thị đây đủ thông s¡

Hình 4.14 Cửa số biên hiện khả năng ra lệnh đóng mmỏ

Hình 4.15 Cửa số cảnh báo thiết bị

Hình 4.16 Cửa số tin nhắn thiết bị

Alinh 4.17 Đồ thị thông số của một máy biến áp - BA

1ừnh 4.18 Thông số năng lượng của MDA : - 84 Hình 4.19 Chức răng phỉ lại nhiễu của hệ thông - - - 85 Hinh 4.20 Vi dy hinh nhigu ghi lại tit SEPAM 86 Hinh 4.21 Ví đụ một cửa số cảnh báo của chương trình 88

Hinh 4.25 Giao tiếp giữa các thiết bị mang vot Gateway Ethernet 00 pose 5

Jlinh 4.27 Théng sé cac ta va chia nhom tai LS tai S85 - 297

Tình 4.29 Danh sách các thết bị trong nhóna L§ tại §S1 100 Hình 4.30 Thiết lập các thanh dẫn 6.6KV có thể cắt bó co 0T

Trang 7

-6-

LỜI NÓI ĐẦU

Tăng lượng 1a co sé dam bdo cho sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc

gia Nhu cầu năng lượng thế giới có thé sẽ tăng khoảng 1,8% mỗi năm trong giai đoạn 2000-2030 và các nhu cầu năng lượng trong các nước đang phát

triển sẽ tăng mạnh Sự thiếu hụt nguồn năng lượng trong một thời gian đải sẽ

là nhân tố kìm hầm sự phát triển liên tục của nền kinh tế quắc dân

Trong điều kiện của nước ta hiện nay, khả năng tiết giảm lãng phí năng

lượng cỏn rất lớn Hiệu suất sử dựng nguồn năng lượng trong các nhà máy điện đốt than, dầu của nước ta chỉ đạt được từ 28% đến 32%, thấp hơn so với

các nước phát triển khoảng 109% Hiệu suất các lò hơi công nghiệp chỉ đạt

khoảng 60% thấp hơn mức trung bình của thế giới khoảng 20% Năng lượng

tiêu hao cho sẵn phẩm các ngành công nghiệp trong nước lăng gắp nhiễu lần

so với các nước phát triển Thiểu các biện pháp tiết kiệm năng lượng cộng với

trình độ lạc hậu của công nghệ trong các doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp Nhà nước đã tổn tại lâu năm làm cho việc sử dụng năng lượng kém

hiệu quả

Hệ thống điện tuy đã phủ khắp toàn quốc nhưng do nhu cầu tăng nhanh mà tiến độ thực hiện quy hoạch chậm nên vẫn tiềm ẫn khả nắng không đâm hảo

an toàn cung cấp Nhưng đù nguồn có phát triển bao nhiều mà sử đụng không

hợp lý thi vẫn sẽ dẫn đến nguy cơ thiểu hụt

Với đặc thủ của các dự án công nghiện ở Việt Nam, hệ thống cung cap điện cho các nhả máy mới thường dược tư vẫn, thiết kế, triển khai trong nước

và tách rời với thiết bị công nghệ nhập từ nước ngoài Việc thiết kế thường

đựa trên công suất lắp đặt của thiết bị mà chưa tỉnh đến chế độ vận hành Vì

vậy, khi được đưa vào hoạt động, hệ thống thường vận hành ở chế độ không tối ưu: máy biển áp non hoặc quá ti, sụt áp, các giá trị chỉnh dịnh bảo vệ

không phủ hợp với chế độ vận hành va do đó ảnh hướng lớn dến tính liên tục

cung cấp điện của hệ thông

Trang 8

Tiểu như quy trình sản xuất thường được trang bị các hệ thống điều khiến

giảm sát với các cấp độ khác nhau do yêu oầu của các dây chuyển công nghệ hiện đại thi hệ thống cung cấp điện đa số vẫn vận hành bằng lay với khá năng

giảm sát tại chỗ rất giới hạn nên hầu như không thể xác định diện năng tiêu

thụ và phân bỗ chỉ phí liên quan cho từng phân xưởng Mặc dù các thiết bị đo lường và bảo vệ được lắp đặt ở các tủ phân phôi điện hiện nay đa phần sử

dụng kỹ thuật số, việc triển khai hệ thống giảm sát và thu thập dữ liệu vẫn còn

hạn chế Những trở ngại chính là do: nhận thức về ích lợi của viện giám sát hệ

thống cung cắp điện, thời gian triển khai dải, rủi rõ cao trong việc tích hợp hệ

thống, tính thuyết phục của hiệu quả thực tế, năng lực khai thác của đội ngũ vận hành, khả năng nâng cập mở rộng hệ thống

Bên cạnh đó là những nhược điểm cố hữu về mặt con người:

Luén cho ring hé thống cũ vẫn chay dược, ngại thay đổi dủ biết cải

tiến sẽ tắt hơn

Không nắm được các thông tin, đữ liệu về tỉnh trạng của hệ thống điện

“Thường tan tai quan diễm thiết bị cứ dùng, khi nào héng mới sứa

Không biết được rằng phần lớn lỗi chảy nỗ trong những công trình

xuất phát từ các hệ thẳng điện không tốt

Không quan tâm dến hao phí diễn năng và những hóa dơn tiền diện

Ảnh hưởng của một hệ thống điện không tốt

Gây hỏng các động cơ, bơm quạt, hệ thống đẻn chiếu sáng bị nhấp

nhảy gây hại mất

Tén tai nhiều sáng hài và nhiễu Thường nhây máy cắt mà không biết nguyên nhân

Gây trục trặc hệ thông biển tần và hệ điều khiển có PLC

Tăng thiệt hại do mắt điện, không an toàn cho người vận hành

Trang 9

Các vấn đề hoạt động hỗn tạp khác

Như vậy, nếu có cách nào đó giám sát được hệ thông, quán lý được lượng

điện năng tiều thụ, nhận biết được chất lượng hệ thống điện, ta có thế biết được thiết bị, khu vực nào đang sử dụng điện với hiệu suất thấp, thiết bị nào

đang có sự cố hoặc bị ảnh hưởng xấu từ lưới điện Từ đó đi đến giả ¡ pháp

khắc phục, và diều nảy sẽ trở thành một lời giải hoàn hảo nhất cho vẫn đề tiết

kiêm điện năng, giảm thiểu chỉ phí sử dụng điện vả bảo dưỡng thiết bị

Luan vin di sâu vào nghiên cửu giải pháp piám sát hệ thẳng vả quan ly

năng lượng của Schneider Hlectric, giới thiệu về hệ thống quản lý điều khiển

điện năng tại một nha may loc dầu Với giải pháp này, việc sử dụng điện năng của từng phân xưởng trong nhà máy hay từng phân vùng của một tỏa nhà đều

được giám sái, điều khiển Cáo thông số dòng điện, điện áp được hiển thị đây

đủ từ máy tính diễu khiển trung tầm Nhờ vậy, một sự cổ về mặt thiết bị hay

sự không én định của lưới điện cung cấp được nhận biết và sẽ có những tác

động bảo vệ tự động hay được thực hiện trực tiếp bởi vận hành viên

Trang 10

1.1 Giới thiệu chung

Để có thể giám sát được một hệ thống, ta phải hiểu rõ được hệ thống, từ đó

xởi có thể điều khiển và quản lý hệ thông một cách tối ưu

Với hệ thống năng lượng, ta cần có thông tin về các thông số điện năng

như diện ap, dong diện, hệ số công suất ., việt này được thực hiện bởi các thiết bị do năng lượng Trước kia những déng hồ do sử dụng thiết bị tương tự hay ứng dụng hiệu ứng Hall cung cấp một cách khá chính xác các thông số tiểu thụ điện Nhưng mạch điện tương tự không để nhận biết được hệ số công suất, độ nhiễu sóng đa hài Các thiết bị đo tiên tiển hiện nay không những cái thiên dược vấn để này mà còn dược tích hợp thêm rất nhiều ưu điểm khả

Sử phát triển mạnh của các thiết bị đo cá về phần cứng vả khả năng kết nỗi và tích hợp phần mềm dã giảm thiểu nhiều kinh phí cho việc giám sắt và điễu

khiển năng lượng

Những đột phá trong khả năng giao tiếp, kết nổi giữa thiết bị đo với bộ

điều khiển lập trình và máy tính tạo điều kiện thuận lợi cho nha quan ly tính trực tiển bài loán kinh tế giữa giá thành nguyên liệu, giá thành sản phẩm và

chỉ phí điện năng

Sự ứng dụng hệ thống điều khiển qua mạng truyền thông bắt đầu trong

cuộc khủng hoãng năng lượng toàn cầu vào những năm 70, khi ma giá đầu tăng cao, đòi hỏi sự nghiêm ngặt và hiệu quả hơn trong việc sử dụng và quản

lý điện năng Chính điều nảy đã thúc đây sự phát triển của hệ thống quản lý

năng lượng (Energy Mĩanagenent System - EMS), phát triển nhanh, mạnh câ

về quy mô lẫn sự phứo tạp, tỉnh tế

Trang 11

-10-

Hé théng gidm sit diéu khién va tiét kiệm didn ndng (HMCS;

Hé théng diéu khién số trực tiếp (DDCS Direct Digital Control System }

xual hiện những năm 80 đã cải thiện được độ chính xáo và tính tin cậy, Luy

nhiên hệ thống DDC xây dựng trên nền những hệ thống uũ và chưa tích hợn

những thiết bị thông mình DDC vẫn tồn tại nhiều loại giao điện và quyết định

điều khiển chính đưa ra từ một máy tính trung tâm

Cấu trúc diều khiển phân tán ra đời dã hạn chế số lượng giao diện, từng bộ

điều khiển phân tán riêng rẽ điều khiến từng hệ thống, phân xưởng khác nhau Cấp điều khiển thấp nhất là các controller phân tán “Liếp theo là những hệ

thống quản lý thông tin và hệ điều khiển trung tâm Tất cả các thiết bị cùng

ấp được kết nối với nhau và với cáo cắp kháo thông qua hệ bus trường

TIệ thống điều khiển nảy tích hợp ghép nối các thiết bị plug-in, hỗ trợ khả

xiăng ra quyết định tức thời, đặc tính tự động hoá cao Trình quản lý đữ liệu có

thể để dàng truy cập và tổ chức lại dữ liệu từ những thiết bị trường cấp dưới

một cách hợp lý, hiệu quá Hệ HMS có khả năng thực hiện tự động việc ghi

lại biến quá trình, xuất báo cáo và sẽ có tác động nếu xây ra một sự cô nào đó trong mang

Schneider Electric hién nay đang lả công ty đi đầu trên thé giới về lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và ứng dụng hệ thống quản lý năng lượng Với kinh

tL

nghiệm của mình, SE cho thay rằng việu sử dụng năng lượng hợp lý

kiệm được ví như một "tảng bắng trồi", người ta mới chỉ nhin thấy bề nỗi của

nó, tức là mới chỉ biết sử dụng năng lượng ở đâu vả với một trữ lượng bao

nhiêu, điều này chí cho tiết kiệm được từ 2-4% năng lượng tiêu thụ Việc tối

tưu hóa thiết bị điện và giảm thiểu những thiết bị không cần thiết giúp tiết

kiệm dược thêm 2-5% tổng mức sử dụng năng lượng Quan trọng nhất, việc nâng cao chất lượng điện năng, ting độ tin cây của hệ thống sẽ giúp giảm

thiểu mức độ sử đụng năng lượng đến 10% và hơn thế nữa Diễu nảy được chứng tỏ trong hinh 1.1

Trang 12

reducing downtime

Hình 1.1 Sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm 1.2 Hiệu quả một hệ EMS mang lại

Hệ thống EMS giúp người sử dụng kiểm soát được giá cả, chất lượng và

độ tin cây của năng lượng điện

Với EMS, người dùng dễ dàng nhận biết nơi tồn tại lưu lượng bổ xung,

nhận biết thiết bị quá tải, kiểm soát tải cân bằng ở trạm biến áp, bảng phân

phối vả một số trạm năng lượng khác

Xuất hiện hơn 10 năm trước, hệ thống EM8§ đã chứng tỏ được tính hiệu

quả của nó, giúp những phân xưởng, nhà máy sản xuất ngày càng cải thiên

được chất lượng sản phẩm cũng như tối ưu đuợc giá thành sử dụng điện năng

Hơn thế nữa, việc quản lý được giá thành sản phẩm, cải thiện được tính

liên tục của dịch vụ cung ứng sẽ giúp các cơ sở sản xuất tăng cường tính cạnh

tranh, đây mạnh xúc tiến sản xuất thương mại Muốn vậy, nhà máy cần phải

cỏ các thông số vận hành điện, dữ liệu điện tiêu thụ, biểu đồ đường cong phụ

tải, các thông số về nhiễu động, các thiết bị sử dụng Hệ EMS cung cấp đấy

đủ các thông số cần thiết, tính toán, lưu trữ dữ liêu và sử dung khi cần thiết

Trang 13

-12-

Hệ thống giám súf điều khiẩn và tiết kiệm điên năng (EAACS;

EMS cung cấp giải pháp đầy đủ, nhất quán trong việc đo lường và giám

sắt năng lượng nhằm vận hành tối ưu hệ thống điện

- Dây đủ: trang bị đầy đủ các thiết bị cần thiết trong quản lý năng lượng, từ

những thiết bị đo đồng đơn giản tại hiện trường đến các thiết bị giám sát chất

lượng điện năng Lừ xa Cung cấp phần mềm giám sát điều khiến, các thiết bị

do lường với dâi do rộng, phủ hợp với nhiều ứng dụng da dang trong công

nghiệp và những ngành dịch vụ khác

- Nhất quán: Cung cắn dây đủ các thiết bị do lường, giám sắt vả báo về của

mạng điện hạ và trung áp Đóng gói kèm sản phẩm phần mềm truyền thông,

EMS có tính tích hợp cao, thiết bị do lường và giảm sát, thiết bị ngắt mach

có tích hợp bộ điểu khiển, rơle bảo vệ và những thiết bị khác tích hợp giao

điện modbus, R5485

1.3 Cầu trúc mật hệ EMS

EMS thực hiện 3 chức nắng chính:

- Thu thập dữ liệu đo lường

- Tổ chức, phân tích truyền tải đữ liệu do dược dến những bộ phận giám

sát liên quan: bệ phận sản xuất, bộ phần bảo tri, bộ phận kế toán, bộ phận

Trang 14

-13-

Hệ thông giảm sát điều khiển và tiết kiệm điện năng (EMCS)

Hình 1.2 Các chuie năng của một hệ thống EMS

Dưới đây là hình vẽ một cấu trúc đơn giản của hệ EMS, các thiết bị đo kỹ

thuật số thu thập dữ liêu đo lường và bảo vệ, chúng được nối tới Gateway và

được giám sát bởi các máy tính vận hành

Trang 15

instruments hour meters monitoring circuit protection compatible

units breakers: units: products

Hinh 1.3 Tổng quan một hệ thông EMS

1.4 Những ví dụ đơn giản về hệ thống giám sát năng lượng

141 Ví dụ 1:

~ Thiết lập trong một tỏa nhà, dữ liệu sử dụng năng lương của mỗi nhân

viên được transfer qua hệ thống mạng nội bộ

~ Các thiết bị đo lường được kết nối thông qua thiết bị Ethernet Gateways

tích hợp với mạng Ethernet của tòa nhả

- Dé có thể thực hiện nhiều màn hình giảm sát, dữ liệu được lưu trữ dưới

dang Web, hay sử dụng phần mềm quản lý điều khiển

Nguyễn Hoang Linh | Luan văn thạc sỹ

Trang 16

Hệ thống lắp đặt tại công ty Analysesample Ltd tại Pháp Công ty hoạt

đông trong lĩnh vực phân tích mẫu công nghiệp: phân tích vật liệu, phân tích

nhựa, thủy tỉnh Lãnh đạo công ty muốn đạt được sự tối ưu hơn về mức độ

sử dụng điện năng của hai hệ thống chính là lỏ đốt điện và hệ thống điều hòa,

nhằm có được chất lượng điện năng tốt, cải thiện tính chính xác cho các thiết

bị phân tích điện tử hiện đại

Hệ thống giám sát điện đơn giản của Schneider đã được lắp đặt Các đồng

hỗ đo năng lượng được sử dụng, dữ liêu được truyền thông qua Ethernet

Gateway, biểu đồ điên năng tiêu thụ được thu thập về Người ta nhận được

các tình trạng bất thường của mang điên, từ đó đi đến các giải pháp khắc phục

nhằm đạt được yêu cầu tốt hơn

Để giảm mức hóa đơn tiền điện và giới han mức tiêu thụ trong buổi tối và

những ngày cuối tuần, người ta sẽ nghiên cứu biểu đồ xu hướng trong một

khoảng thời gian hoạt động của nhà máy Biểu đỗ này giúp người ta nhận thấy

được dấu hiệu bất thường trong tiêu thụ điện của nhà máy, vả kiểm tra xem

liêu mức tiêu thụ điện có giảm xuống bình thường vảo buổi tối và những ngày

cuối tuân không Như hình 1.5, năng lượng tiêu thụ trong khi không làm việc

Trang 17

Hình 1.5 Biểu đồ điện năng trước khi lắp đặt hệ thống

kW After corrective action

ƑW Test cụt Test cut air-

all lighting conditioning

Hình 16 Biểu đồ điện năng sau khi có tác động

Nguyễn Hoang Linh | Luan văn thạc sỹ

Trang 18

2.1 Giới thiệu chung hệ thông quản lý và điều khiển điện năng

TIệ thống giám sát và điều khiển điện năng (Llectrical Monitoring and

Contro] System - EMCS) duge dua va

công nghiệp nặng (dầu khi, hỏa học, mổ ) cũng như các nganh dịch vụ khác (khách sạn, bệnh viện }

ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực

Hệ EMCS giới thiểu sau dây được thí công thiết kế và lắp dat tai một nha máy lọc đầu, nó dáp ứng dược dầy đủ các yêu cầu của khách hang trong việc

sử dụng năng lượng điện:

Cải thiện sự tin cậy vả sẵn sàng của nguồn điện năng cung cắp

Hỗ trợ khả năng giải quyết sự cố gặp phải trong hệ thống phân phôi điện

của nhà may

Tối ưu mức giá thành tiêu thụ điện năng

Thu thập được dữ liệu diện năng (điện áp, dòng diện, năng lượng .) tại

các điểm sứ dụng điện trong nhà máy Lưu trữ vả theo đối lại các đữ liệu đã được thu thập

Hỗ trợ khả năng phân tích sau khi gắn phải sự cố với hệ thẳng điện

2.2 Hệ EMCS trung nhà máy lọc dầu

2.2.1 Tiệ thông điện của nhà máy

2.2.1.1 Nguén điện:

hà máy được cung cấp điện từ các nguẫn

Nhả máy điện: 4 tố máy điện tuabin hơi (§1G) 4x 27 MW

Điện lưới HVN: mạch kén 22kV'

MMáy phát điện khẩn cấp diesel EDG: 1 x 16 MW

Trang 19

một trong các tổ máy bị sự cố, dồng thời là nơi xuất diện lên lưới khi nhả máy

dư công suất

KDG ding trong trường hợp mắt điện hoàn toần nha máy dể cung cấp cho

các phụ tải quan trọng

2.2.1.2 Hệ thống phân phối điện trong nha may

Các phụ tải dược cung cắp diễn thông qua 13 trạm biển áp: SS1, 852, S54,

885, S87, SSA, SSSR SSKC, S89, S10, SS10A, SS11, S812

- Tram 1: SS1 là trạm biến áp chính của nha

dược cấp điện từ trạm 1 thông qua hệ thông cáp ngầm Cả

4x 34MVA - 11/22kV MBA gidm ap (Transformer Outgoer)

4x 22/6.6kV

6x 6.6/0 4kV

- ‘Tram 2: 582 có các cấp điện áp 6.6kV, 0.4kV 552 cung cấp điện cho

các phân xưởng 31, 35, 36, 39 và 59 Bao gầm 5 MBA

2x22/6.6kV 3x6.6/0.4kV

- ‘Tram 4: $54 có các cấp điện áp 6.6kV, 0.4kV 554 cung cấp điện cho

các phân xưởng 37, 38, 51, 54, 56 và 57 Bao gồm 5 MBA

2x22/6.6kV 3x6.6/0.4kV

Trang 20

-19-

Hé théng gidm sit diéu khién va tiét kiệm didn ndng (HMCS;

- Trạm $: 585 có các cấp điện áp 6.6kV, 0.4kV 555 cung cấp điện cho

cdc phan xuéng 32, 55 va 60 Bao gam 5 MBA

2x22/6.6kV 3x6.6/0.4kV

- Tram 7: 587 có các cấp điện áp 6.6kV, 0.4V 557 cung cấp điện cho khu nhà hành chính và các xưởng bảo dưỡng, phòng thi nghiệm Bao gôm $5

MBA

2x22/6.6kV 3x 6.6/0.4kV

- Trạm 8A: 888A có các cấp diện áp 6.6kV, 0.4kV, S88A cung cấp điện cho các phân xướng 15, 16, 17 và 21 Bao gềm 7 MBA

- Trạm 8C: S88C có các cấp điện áp 6.6kkV, 0.4kV, 888C cung cấp điện cho các phân xướng 18, 19, 20, 22, 23 và 24 Bao gồm 7 MBA

x22/6.6kV 5x 6.6/04kV

- Trạm 9: 589 có các cấp điện á ap 6 SKY, O.4KV SS9 cung cấp điện cho

các phân xưởng 52, 53 và trạm biển áp số 10 Bao gồm 5 MBA

2x22/6.6kV 3x 6.6/04kV

- Tram 10: SS10 có cấp điện áp 6.6kV, 0.4kV 5510 cùng cấp điện cho các

phân xưởng 81, Jety và trạm biển áp số 10A Bao gỗm 3 MBA

3x6.6/04kV

- ‘Tram 10A: SS10A cd cấp điện áp 0.4kV S5SI0A cung cấp điện cho các

phân xưởng 81 vá Ietty Bao gồm 2 MBA

2x 6.6/04kV

Trang 21

- Trạm 12: S§12 có cắp điện áp 0.4kV SS12 cung cấp điện cho các phân xưởng 33, 57, 58 Bao gồm 3 MBA

2x 22/0.4kV 1x6.6/0.4kV

Trang 22

Hình 2.1 Sơ đỗ mặt bằng các tram điện tại nhà máy

Nguyễn Hoàng Linh ` Luận văn thạc sỹ

Trang 23

-22-

Hệ thống giám sút điều khiển và tiết kiệm điện năng (EAACS)

2.2.1.3 Phu tải của nhà máy:

HOng cơ điện là phụ tải chủ yếu của hệ thống điện trong nhà máy Ngoài

ra còn có một số phụ tải khác như chiếu sang, gia nhiệt, điều khiến đo lường

Các động cơ điện được sử dụng để truyền đồng cho các máy bơm, máy

nền, quạt, phục vụ cho các quá trỉnh công nghệ

Các động cơ được cung cấp bởi một số hãng Khác nhau như ABB, Leroy

8omer, Astom bao gồm động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ, động

cơ một chiều

Các động cơ được khởi động trực tiếp (DOL — Direct On Line) Ngoài ra

tủy theo nhụ cầu công nghệ các động cơ được chia thánh nhiều loại: đông cơ

một cấp tốc độ, dộng cơ hai cắp lốc độ, không đáo chiều, động cơ hai cấp tốc

độ có dio chiều, động cơ nhiều cấp tốc độ thông qua VSDS (Variable Speed

Driver System)

2.2.2 Yêu cầu của hệ thống:

- Giảm sát thu thập dữ hệu vận hành của các thiết bị cao và hạ áp (máy

phát, máy biến thể, động cơ }

- Thực hiện chức năng quản lý năng lượng để tối ưu tính tin cậy vận hành của hệ thống diện

~ Tích hợp với hệ thống diều khiển DCS ciia toan nha may

* Hệ thông EMCS thực hiện điều khiển và giám sát từng phần như sau

Phía 22kV: Đường điện vào từ lưới điện quốc gia, đường điện vào từ 4 tổ

hợp máy phát, đầu ra của các biến thé 22/6.93 kV; 22/0.42 kV, may cất liên

lạc CMCLL) 22kV và các thiết bị đóng cắt 22kV khác

Phía 6.6 kV: Đầu vàora của các máy biến thế 6.6kV; MCLL 6.6kV; các

thanh dẫn phân phổi 6.6kV; các motor 6.6k V; cae th diéu khién 6.6kV

Phía 400V: Các máy biến thể 400V; MCI,I 400V; động cơ 400V, các lủ diện hạ áp

Nguyễn Hoàng Linh Luân văn thạc sỹ

Trang 24

Dữ liệu cho việc điều khiển và giám sát hệ thông được thu thập từ những

relay bao vé, cde switch LV, PLC

lIệ thống giám sát điều hành được bao quất qua cư ché serve

master/sÌave

2.3.2 Thiết bị hiện trường - Relay kỹ thuật số Scpam

Hệ thống đo lường, bảo vệ từ hiện trường được thực hiện bởi các Relay Scpam của Schencidcr SE cung cấp 3 đỏng 8cpam 320, 340, S80 đáp ứng

day đủ các yêu cầu báo vệ của hệ thống, tử máy phải, MIBA, Motor dén các

thanh cải, các thanh dẫn Sepam được tích hợp các chuẩn giao tiếp truyền

thông công nghiệp, phù hợp với việc giám sát và điều khiến hệ thống

'Tủy theo công nghệ yêu cầu, các Relay Sepam trong hệ thống được lựa

chọn theo bảng sau

Trang 25

fequeney protection Dyecticnal earth | 841 Mal

fault Directional earth — | §42 T42 fault and phase over

“rate of change of freepemey”

Chfen, voltage and Trans and trans- Te? | MSS G88

frequency protection — machine unit

differential

Curen, voHage and Voltape and B83

frequeney protection frequency

protection for two

Trang 26

Dòng diễn pha: Đo giá trị dỏng hiệu dụng ciia mdi pha, tính toán dến

sóng hải bậc 13 Có thể sử dụng nhiều loại sensor tích hợp: Biển động 1A/5A,

LPCT (Low Power Current Transducer)

Dong dién dư: 12o lường giá trị dòng điện dur |O Tỉnh toán dòng trung bình hiệu dụng của 3 pha và cho biết dòng tiêu

thụ đỉnh

- Điễn áp

Đo lường 3 giá trị điện áp pha-pha (U21, U23, U31), hay pha-rưng tinh (V1, V2, V3) tùy vào loại sơnsor sử dụng

Tỉnh toán giá trị điện áp đư VÕ — V1 + V2 + V3

Tỉnh toán giá trị điện áp thử tự dương Vẻ

- Tần số và nhiệt độ:

Sepam 520 thực hiện tỉnh toán tần số dựa vào giả trị U21 nêu chỉ có

một tín hiệu điện áp pha kết nối với nó Trong trường hợp có 2 tín hiệu điện

áp pha kết nỗi với nó (21, U32), nó có thể tính dựa vào giá trị điện áp thử tự

dương

S20 hỗ trợ loại sensor nhiét dién ud (RTDs) Pt100, nickel 100 hay

nickel 120 $20 sẽ hiển thị cảnh báo trong trudng hop RTDs 18i (ngit mạch hay ngắn mach)

b Chức năng phát hiện, chuẩn đoán lỗi mạng điện

- Lỗi quá đòng

Bốn giá trị dòng được thiết lập bảo vệ Iưp, 12p, I3„¡p, IOmp 520 thực

hiện tripping contaet tại đầu ra Rclay nều phát hiện lỗi quả đồng,

- Tính toán thứ tự đòng âm:

Trang 27

820 thực hiện so sánh hai công thức trên để kiểm tra lỗi chạm đắt

- Ghi lại nhiễu

820 hỗ trợ ghỉ lại các tỉn hiệu tương tự (giá trị dòng, áp) và tín hiệu số

(các đầu vào/ra số) khi có một cờ khởi động ghi để phục vụ chức năng theo đối nhiễu hệ thống

e Các chức năng bảo vệ và điều khiển

- Chức năng bảo vệ:

Việc thu thập dữ liệu được thực hiện nhờ các chức năng đo lường, bộ

xử lý điều khiển ma trận sẽ giúp 820 thực hiện các chức năng bảo vệ của nó

Hảo vệ thấp áp điện áp pha (dây), bảo vệ thứ tự điện áp dương, bảo về

quá áp pha (dây), bảo vệ điện áp dịch chuyển déng trung tính (điện áp dư)

Bảo vệ quá dòng, thấp đông, quá tần số, dưới tần sô, cham dat, qua

tải,

- Chức năng điều khiển

Chức năng diéu khiển dược định trước vả đáp ứng dây đủ các trường

hợp hỗ trợ mạng điện Nó được cài dat dé đảng bằng phần mềm kết nỗi với

Sepam sau khi các đầu vảoZra tương tự/số được thiết lập Khối chức năng này

thu thập dữ liệu đầu vào số, các tín hiệu tương tự từ các khối bảo vệ, các lệnh điều khiển từ vận hành viên (TC) Sau đó nó tiến hảnh xử lý, tính toán dit

Trang 28

Hình 2.2 Chức năng điều khiển và giảm sảt của S20

Bộ điều khién ma tran (Control Matrix) nhận dữ liệu từ các đầu vào số, các

khối chức năng bảo vệ và điều khiển được định trước rồi truyền dữ liệu đến các đầu ra số, hiển thi messages tại S20, bật cờ bắt đầu ghỉ nhiễu

d Sơ đồ đầu dây S20

- Dau vao sensor $20

Các loại 820 được cung cấp các đầu vào sensor tủy theo ứng dụng được thể hiện trong bảng 2.2 và hình 2.3

Phase current inputs

Residual current input

Phase vollage npuls:

Residual votage input

Temperature inputs

(on MET148-2 module)

Bảng 2.2 Đẳu vào sensor ctia S20

Nguyễn Hoàng Linh ' Luận văn thạc sỹ

Trang 29

Sapam 720 sensar hputs,

dlink 2.3 Cae dite vio sensor cia 120

- Các sơ đỗ đâu dây cơ bản của S20

Ilinh vẽ 2.4 biểu điển một cách đấu dây cơ bản của S20

Trang 30

(1) This tyee of connection allows the calculation of residual votage

Hinh 2.4 Cée cach dau day co ban etia 820

Các sơ đồ đấu day chi tiết hơn được trình bày ở tài liệu

2.3.2.2 Sepam S40:

a Chức năng đo lường:

Ngoài các chức năng đo lường đã nói ở trên của 820, S40 có tích hợp thêm một số chức năng khác

- Công suất:

Nguyễn Hoàng Linh | Luan vin thạc sỹ

Trang 31

-30-

S40 hỗ trợ chức năng tính toán các giá trị công suất tác dụng, phản

kháng và công suất biểu kiến Chức năng này được thực hiện dựa trên sự tính

toán các giá trị áp đây U21, U23 vả dòng điện pha I1, I3

$40 cén cho biết giá trị công suất tiêu thụ đỉnh của thiết bị và thực hiện

tính toán hệ số công suất Casø

540 thực hiện tính toán công suất tiêu thụ tích lũy (MW.h, MVar.h) của thiết bị theo một hay nhiều hướng

- Giám sát bộ chuyên đổi điện áp và đòng điện (VT, CT):

540 có thể giảm sát các V'T, Cl đâu nổi với Sepam, nó kiểm tra và thông báo liệu các thiết bị đo lường có lỗi không, có lỗi đấu nếi giữa chúng với

Sœpam không, đầu vào Lương tự của Scpam có tương thích không

Ðb Chức năng phát hiện, chuẩn đoán lỗi mạng điện:

Kgoai các chức năng phát hiện, chuẩn đoán lỗi mạng điện của S20 như đã nói ở I.2, 540 tích hợp thêm chức năng đo độ lệch pha giữa các dòng điện với

điện áp dây,

e Các chức năng bảo vệ

Ngoài các chúc năng bảo vệ như của 520, 540 mở rộng thêm chức năng báo vệ quá công suất có hướng, bảo vệ quá đồng có hướng, bảo vệ chạm đất

có hướng, báo lỗi của máy uắt

đ Sơ đồ đầu dây 540

- Đâu vào sensor S40

Các loại 540 được cung cấp các đầu vào sensor tùy theo ứng dụng được

thể hiện trong bảng 2.3 và hình vẽ 2.5

Trang 32

cá

Hệ thông giảm sát điều khiển và tiết kiêm điện năng (EMC8)

Phase current inputs

Residual current input

Phase voltage inputs

Residual voltage input

Temperature mpuls

(on MET148-2 module}

Sepam M41 sensor inputs

Hình 2.5 Các đầu vào sensor của M41

- Các sơ đồ đầu dây cơ bản của S40

Hình vẽ 2.6 hướng dẫn một cách đấu dây cơ bản của S40

Trang 33

2.3.2.3 Sepam S80

a Chức năng đo lường

Các chức năng đo lường cơ bản mà 820, 840 đã có như đo dòng, do áp thử tụ các pha

Trang 34

“Hình 2.8 Các đại lượng tính toán từ các gia trị đo lưỡng

Trong dé RMS - giá trị hiệu dụng

Trang 35

-34-

Fase noheiont dínecfGrl aoc

Fink 2.9 Chite ning xdc dink thi tự pha của S80

Ngoài các chức năng cơ bản này, SEO dược phát triển thêm chức năng do

tốc đô quay

S80 tích hợp khá năng do tốc độ trục quay của máy phát hay của motor

Tốc độ này được tỉnh toán dựa trên việc đo lường khoảng thời gian giữa hai xung nhận được từ sensor vị trí câm biển vòng quay của đĩa cam tại trục của Totor Đầu ra của sensor vị trí được nối tới đầu vào logic của Sepam Ilinh

Hinh 2.10 Nguyén ly do tée độ quay của 5S0

b Chức năng phát hiện chuẩn đoán lỗi mạng điện

Trang 36

- Tính toán sự méo sóng đa hài của đỏng và áp

Giá trị này cho biết được chất lượng về động điện hay điện áp của mạng điện Nó được tỉnh toán đến sóng hải bậc 13 theo công thức

[ae

a Ung~ 5 100% We, [24 ) vi

TRME là giá trị dòng hiệu dụng của dong (áp) từ bậc 1 đến bậc 13

1H lả giá trị hiệu dụng của dòng (áp) ở tần số cơ bản

- Kiếm tra đông bộ

Chức năng nảy thực hiện kiểm tra biển độ, tần số và góc pha của hai

vector điện áp, nhăm giúp người vận hành giám sát được sự đồng bộ giữa hai điện áp và cũng nhận biết được đại lượng nào đang cân trở sự đồng bộ

Quá trình tính toán sẽ được thực hiện theo thứ tự biên đô, tần số và góc

pha Khi sai lệch giữa hai giá trị so sánh lớn hơn mức cho phép, 580 sẽ phi lại

giá trị vả thời điểm này, các phép tính sau đó sẽ không cần thực hiện tiếp nữa

c Chức năng hỗ trợ vận hành máy

- Chức năng ngắt mạch nhiệt

Bộ ngắt mạch nhiệt được tính toán sử dụng dựa vào thông số quá tải cho phép của dây cáp, tụ điện và động cơ Bộ ngắt này có tích hợp chức năng định thời, cho phép cải đặt thời gian hoạt động của thiết bị rước khi tác động

mỡ dao cắt cũng như thời gian chờ sau khi có sự tripping do quá tải

Trang 37

-36-

- Do dong khéi động và xác định thời gian khởi động

lòng pha lớn nhất trong quá trình khởi động máy (dòng khởi động)

được 580 ghi lại, và thời gian khởi động là khoảng thởi gian mà dòng pha vượt quả giá trị 1.2lạm tôi trổ lại 1.2lạm

Meesured

ring current

Trang 39

= 38 -

Hệ thống giảm sắt diéu khién và tiết kiệm điện năng (EMCS)

Chức năng nảy điều khiển đóng mở dao cắt giữa hai phía của thanh cái

Nếu sự mắt đồng bộ giữa hai phía vượt quá giá trị cho phép, dao cắt sẽ nhả Trong trường hợp thực hiện lệnh đóng dao cắt, nó sẽ kiểm tra xem các điều

kiên đồng bộ đã được thực hiện chưa

Với máy biến thế: Dòng sơ cấp và thứ cấp của MBA được thu thập,

chuyển đổi theo tỉ số truyền của máy và so sánh với nhau Nếu giá trị sai lệch

lạ lớn hơn cho phép, S80 thực hiện tác động ở đầu ra

——>

Hình 2.13 Tỉnh toản giá trị dòng vi sai cho máy biên áp

2.3.3 Cầu trúc thiết bị bảo vệ tại hiện trường

Phần này trình bày các sơ đồ bảo vệ thanh cái, máy biển áp, động cơ tại

hiện trường sử dụng các Relay Sepam

2.3.3.1 22kV Transformer Outgoer Feeder

Với các thanh dẫn vào MBA, EMCS thực hiện giám sát đóng mở dao cắt

(hình 2.14)

Nguyễn Hoàng Linh | Luan vin thạc sỹ

Trang 40

Hình 2.14 Sơ dỗ bảo vệ thanh đâu outgoer À{BA 22/6.93kV, 22/0.42kV

Các tín hiệu hệ số công suất, công suất tiêu thụ, dòng điện và trạng thái

của dao cắt được gửi về HMOS

EMCS thực hiện chức năng bảo về quá đỏng, quá dòng tác đông trễ và bảo

vệ thứ tự không,

Tiêu đề	Luận văn nghiên cứu hệ thống giám sát điều khiển và tiết kiệm điện năng trong nhà máy lọc dầu
Tác giả	Nguyễn Hoàng Linh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hồng Quang
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Tự động hóa
Thể loại	Luận văn thạc sỹ
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	118
Dung lượng	2,68 MB