Khảo sát máy phát điện 330 MW làm mát bằng hydro, mô phỏng bằng phần mềm matlab các chế độ vận hành của nó

Giới thiệu sơ lược về tổ máy 330 MW lắp đặt ở nhà máy Ô Môn, hệ thống điều khiển DCS và phần mềm điều khiển Diasys Netmation, giới thiệu đặt tính kỹ thuật máy phát điện, các đường cong g

LỜI CẢM TẠ

Qua thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu ngành “Thiết bị, mạng

& Nhà máy điện” tại Trường ĐH SPKT TP HCM, cùng với sự nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo, dạy dỗ của quý thầy cô đến nay tôi đã hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này

Trước hết tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử và Phòng quản lý sau đại học Trường ĐH SPKT TP HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ, và thực hiện tốt đề tài trong thời gian qua

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy Nguyễn Hoàng Việt đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũngnhư trong quá trình thưc hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô giảng dạy đã tận tâm chỉ dẫn, truyền đạt thêm những kiến thức chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình theo học tại Trường

Xin gởi lời cảm ơn đến các thành viên hội đồng chỉnh sửa, phản biện góp ý cho tôi để tôi hoàn thành được luận văn của mình

Ngoài ra tôi cũng xin được nói lời cảm ơn đến các anh chị học viên trong lớp cao học 2010a đã cùng tôi đoàn kết, gắn bó vượt qua khoảng thời gian dài học tập

Có được thành công này cũng nhờ vào động viên giúp đỡ của bạn

bè, lãnh đạo Công ty nhiệt điện Cần Thơ, nơi tôi đang công tác, tôi xin được ghi ơn tất cả mọi người

Trân trọng

TP Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 11 năm 2012 Học viên

Nguyễn Thành Trung

bằng phần mềm Matlab các chế độ vận hành của nó”

Thời gian thực hiện: từ tháng 02 năm 2012

Địa điểm nghiên cứu: Nhà máy điện Ô Môn – Công ty Nhiệt điện Cần Thơ

Nội dung luận văn gồm có

Chương 1: TỔNG QUAN

Giới thiệu chung về tình phát kinh tế, nhu cầu lắp mới các nhà máy có công suất lớn Giới thiệu nhà cung cấp Misubishi, thời gian ra đời của các loại máy phát 330 MW làm mát bằng Hydro, những ưu điểm của khí Hydro khi sử dụng làm mát máy phát Giới thiệu sơ lược về tổ máy 330 MW lắp đặt ở nhà máy Ô Môn, hệ thống điều khiển DCS và phần mềm điều khiển Diasys Netmation, giới thiệu đặt tính kỹ thuật máy phát điện, các đường cong giới hạn thông số vận hành máy phát

Nêu mục đích của đề tài: Hiểu rõ thiết bị đang quản lý vận hành, sửa chữa một cách sâu sắc hơn, hiểu rõ các chế độ vận hành bình thường, bất thường của máy phát

để nâng cao tính chủ động, đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc, góp phần ổn định

hệ thống điện khu vực Miền Tây

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT, CÁC PHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG

VỀ MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ

Nghiên cứu mô hình lý thuyết, mô hình toán học, các phương trình cơ sở tính toán của máy phát điện đồng bộ 3 pha Quá trình chuyển hóa năng lượng từ trường từ Stator đến Rotor và ngược lại

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHẦN MỀM SIMULINK TRÊN MATLAB

Từ các công thức toán học, các công cụ mô phỏng trong simulink trên matlab, thực hiện mô phỏng máy phát điện đồng bộ 3 pha với các thông số đầu vào tác động lên máy phát là điện áp lưới, điện áp kích từ, mô ment cơ khí tác dụng lên trục rotor của máy phát và thông số đầu ra cần khảo sát là điện áp, dòng điện stator, công suất hữu công, vô công, điện áp kích từ, góc sông suất

Thực hiện viết chương trình nhập các thông số của máy phát điện cần khảo sát, chương trình tính toán các thông số cơ bản, gọi tên chương trình để chạy mô phỏng máy phát và suất ra các thông số cần khảo sát dưới dạng đồ thị theo thời gian

Nhận xét đánh giá kết quả thực hiện được, so sánh với mội vài điều kiện vận hành thực tế thử nghiệm được trên máy phát 1 trường hợp sự cố thực sự trên máy phát

Các chế độ vận hành mô phỏng khảo sát trong luận văn;

Mô phỏng vận hành bình thường máy phát điện với các thông số định mức

Mô phỏng vận hành máy phát điện trong trường hợp thiếu kích từ

Mô phỏng vận hành máy phát điện trong trường hợp quá kích từ

Mô phỏng vận hành máy phát điện trong trường hợp mất kích từ

Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp điện áp lưới thấp

Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp điện áp lưới cao

Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp mất công suất thực

Mô phỏng vận hành máy phát trong trường hợp mất điện áp

Kết luận

Matlab software for simulating its operation modes"

Duration: from January 02, 2012

Study sites: O Mon Thermal Power Plant - CanTho Thermal Power Company Limited

This thesis consists of the following parts :

General introduction on the 330 MW hydrogen-cooled generators installed in O Mon thermal power plants, Distributed Control System and its Diasys Netmation software Introduction on the specification, the capability curves and the operating parameters of generator

The purpose of the project: to fully comprehend the devices and equipment is for the purpose of managing the operation and maintenance; to understand the generator in normal and abnormal operation modes for the purpose of improving activeness, safety and reliability during its working state; to make the contribution for the stabilization of the power system in Southwest of Vietnam

Chapter 2: THEORETICAL BASIS, THE EQUATIONS TO SIMULATE THE SYNCHRONOUS GENERATOR

The study on the theoretical models, the mathematical models and the basis equations for calculating of 3-phase synchronous generator; the transformation process

of magnetic power from Stator to Rotor and vice versa

CHAPTER 3 : SIMULATION OF THE 3 - PHASE SYNCHRONOUS

GENERATOR USING MATLAB SIMULINK

parameters of the grid voltage, the excitation voltage and mechanical moment acting

on the rotor’s axis of the generator and the output parameters to examine are the voltage, the stator current, the active power, the reactive power, the excitation voltage and the power angle

CHAPTER : PROGRAMMING THE SIMULATION AND THE SIMULATED RESULTS OF THE 3-PHASE SYNCHRONOUS GENERATOR

Programming the simulation with inputs as the parameters of the generator under examination, the program to calculate the basic parameters, calling for functions

to simulate the generator and output the values desired for the examination in the form

of time-based graphs

Comments and conclusions on the results achieved and the comparison of this with some practical operation conditions that can be tested on the generator and an event that has happened on the generator in the past

The simulations of generator operation in the normal condition at the rated parameters

The simulation of generator operation in case of under - excitation

The simulation of generator operation in case of over - excitation

The simulation of generator operation in case of excitation loss

The simulation of generator operation in case of voltage decrease of the power grid

The simulation of generator operation in case of voltage increase of the power grid

The simulation of generator operation in case of active power loss

The simulation of generator operation in case of voltage loss

Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân ……… i

Lời cam đoan ……… ii

Cảm tạ ……… iii

Tóm tắt ……… iv

Mục lục ……… viii

Danh sách các chữ viết tắt ……… xi

Danh sách các hình ……… xii

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung: 1

1.2 Giới thiệu sơ lược về nhà máy Ô Môn 2

1.3 Giới thiệu về máy phát điện 5

1.3.1 Thông số kỹ thuật máy phát điện 330 MW 5

1.3.2 Sơ bộ cấu tạo máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro 7

1.3.3 Hệ thống điều khiển nhà máy 13

1.3.4 Đặc tuyến P – Q của máy phát 21

1.3.5 Đặt tuyến hình V của máy phát đồng bộ 27

1.3.6 Giới thiệu bộ tự động điều chỉnh điện áp 31

1.4 Hướng nghiên cứu 33

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT, CÁC PHƯƠNG TRÌNH TOÁN HỌC VỀ MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 2.1 Mô hình máy phát điện đồng bộ 34

2.2 Sơ đồ tương đương máy phát đồng bộ 35

2.3 Các phương trình toán học 36

2.3.1 Các phương trình mạch stator (Stator circuit equations) 37

2.3.2 Hỗ cảm các cuộn dây stator (Stator mutual inductances) 38

2.4 Phép biến đổi dq0 (the dq0 transformation) 41

2.4.1 Phương trình từ thông Stator trong hệ quy chiếu dq0 43

2.4.2 Phương trình từ thông rotor trong hệ quy chiếu dq0 43

2.4.3 Phương trình điện áp stator trong hệ quy chiếu dq0 44

2.4.4 Phương trình công suất và moment 45

2.5 Phương trình toán học trong hệ đơn vị tương đối 46

2.5.1 Các giá trị cơ bản stator 46

2.5.2 Phương trình điện áp stator trong hệ đơn vị tương đối 47

2.5.3 Phương trình điện áp rotor trong hệ đơn vị tương đối 49

2.5.4 Phương trình từ thông stator trong hệ đơn vị tương đối 49

2.5.5 Phương trình từ thông rotor trong hệ đơn vị tương đối 50

2.5.6 Hệ đơn vị tương đối cho rotor 50

Chương 3 MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHẦN MỀM SIMULINK TRÊN MATLAB 3.1 Biểu thức Mô ment 59

3.2 Phương trình chuyển động khối Rotor 59

3.3 Biểu thức Môment, phương trình chuyển động trong hệ đơn vị tương đối 60

3.4 Mô phỏng các thông số đầu vào máy phát 61

3.5 Mô phỏng sơ đồ khối các biến trên trục dq 63

3.5.1 Mô phỏng trên trục q 63

3.5.2 Mô phỏng trên trục d 65

3.6 Mô phỏng moment, vận tốc góc và góc lệch pha 68

3.7 Mô phỏng kết nối tục dq và Rotor máy phát 70

3.8 Mô phỏng khối sin ; cos 71

PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA

4.1 Viết chương trình nhập thông số máy phát điện đồng bộ 3 pha 75

4.2 Viết chương trình chạy mô phỏng và tính toán các thông số máy phát trong đơn vị tương đối 75

4.3 Kết quả chạy mô phỏng 77

4.3.1 Kết quả mô phỏng chế độ vận hành máy phát điện đồng bộ 3 pha với các thông số ở định mức 77

4.3.2 Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ thiếu kích từ 80

4.3.3 Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ quá kích từ 84

4.3.4 Kết quả mô phỏng vận hành máy phát ở chế độ mất kích từ 88

4.3.5 Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ điện áp thấp 92

4.3.6 Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ điện áp cao 95

4.3.7 Kết quả mô phỏng máy phát vận hành ở chế độ mất công suất thực 99

4.4 Kết luận 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

PHỤ LỤC 1 FILE “NHAPTS_MF” 108

PHỤ LỤC 2 FILE “CT_MOPHONG” 109

ACS Accessory Station

AMS Engineering Management System

APC Automatic Plant Control

APS Automatic Plant Start – up /Shutdown

AVR Automatic Voltage Regulation

BMS Burner Management System

BOP Balance Of Plant

D – AVR Digital – Automatic Voltage Regulation

DCS Distribution Control System

DEH Digital Electrical Flash Hydraulic Control System EVN Electric of VietNam

GPR Generator Protection Relay

HDS Historical Data Storage

JBIC Japan Bank for International Cooperation

MC Mitsubishi Corporation

MHI Mitsubishi Heavy Industries

MPS Multiple Process Station

ODA Official Development Assistance

OPS Operation Station

TEPSCO Tokyo Electric Power Service Co Ltd

TPR Transformer Protection Relay

Hình 1.1: Biểu diễn dãy công suất của máy phát theo chế độ làm mát của nhà sản

xuất Mitsubishi 1

Hình 1.2: So sánh đặt tính của khí Hydro với không khí và nước 2

Hình 1.3: Lễ khởi công xây dựng nhà máy nhiệt điện Ô Môn 3

Hình 1.4: Cảnh quan 3D nhà máy Ô Môn 1 3

Hình 1.5 Sơ đồ mặt cắt dọc máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro 7

Hình 1.6 Cấu trúc lõi Rotorcủa máy phát 8

Hình 1.7 Cấu trúc cuộn dây Roto 8

Hình 1.8 Sơ đồ thông gió làm mát cho Rotorcủa máy phát 9

Hình 1.9 Bộ chèn khí Hydro bằng dầu 9

Hình 1.10 Bảo vệ điện thế trục Roto 11

Hình 1.11 Hệ thống vành trượt và chổi than máy phát 12

Hình 1.12 giao diện phần mềm Diasys Netmation của Mitsubishi 13

Hình 1.13 Cấu trúc tổng quan của hệ thống DCS 14

Hình 1.14 Cấu hình phần cứng một bộ điều khiển MPS 15

Hình 1.15 Tiến trình khởi động tự động tổ máy ở APS 16

Hình 1.16 Tiến trình ngừng tự động tổ máy theo APS 17

Hinh 1.17 Các trang màn hình điều khiển 18

Hình 1.18 Giao diện theo dõi thông số vận hành máy phát điện 19

Hình 1.19 Giao diện theo dõi thông số nhiệt độ máy phát điện 20

Hình 1.20 Giao diện theo dõi thông số điện máy phát 21

Hình 1.21 : Đặt tuyến P – Q máy phát 330 MW làm mát bằng khí Hydro 22

Hình 1.22: Sơ đồ thay thế máy điện đơn giản và Giản đồ véc tơ trạng thái xác lập 23

Hình 1.23: Giới hạn nhiệt do dòng kích từ và dòng phần ứng 24

Hình 1.24: Giới hạn nhiệt vùng biên 26

Hình 1.27 Đặt tuyến hình V biểu diễn mối quan hệ công suất ngõ ra và dòng điện

kích từ của máy phát 410 MVA làm mát bằng hydro 29

Hình 1.28 Đặt tuyến biễu diễn quan hệ điện áp, dòng điện và công suất ngõ ra theo dòng điện kích từ của máy phát 410 MVA làm mát bằng hydro 30

Hình 1.29 Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ máy phát 32

Hình 2.1 Sơ đồ mặt cắt ngang máy phát đồng bộ 3 pha 34

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương máy phát đồng bộ 3 pha 35

Hình 2.3 Giá trị của tự cảm Stator 38

Hình 2.4 Giá trị của hỗ giữa các cuộn dây Stator 38

Hình 3.1 Biểu diển góc lệch pha giữa các véc tơ điện áp, dòng điện, Stator và Rotor của máy phát điện đồng bộ 53

Hình 3.2 Mô phỏng khối chuyển đổi điện áp từ hệ quy chiếu abc sang qd0 63

Hình 3.3 Sơ đồ khối trục q 64

Hình 3.4 Độ tăng điện áp 64

Hình 3.5 Mô phỏng trục q trong Simulink (khối q _cct) 64

Hình 3.6 Sơ đồ khối trục d 66

Hình 3.7 Mô phỏng trên trục d (khối d_cct) 67

Hình 3.8 Sơ đồ khối về Moment vận tốc góc, góc lệch pha 69

Hình 3.9 Mô phỏng chuyển động của Rotor 69

Hình 3.10 Mô phỏng khối kết nối trục Rotor máy phát 70

Hình 3.11 Mô phỏng khối tạo hàm sin ; cos 71

Hình 3.12 Sơ đồ mô phỏng khối chuyển đổi từ dqr sang abc 72

Hình 3.13 Sơ đồ mô phỏng khối xuất dữ liệu từ máy phát 73

Hình 3.14 Sơ đồ khối tổng quát máy phát đồng bộ 74

Hình 4.1 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện Stator với các thông số vận hành bình thường ở định mức 78

Hình 4.1 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment với các thông số vận hành

bình thường ở tải định mức 79 Hình 4.1 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời pha a với các thông số

vận hành bình thường ở tải định mức 79 Hình 4.2 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator vận hành ở chế độ thiếu

kích từ 80 Hình 4.2 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công vận hành ở chế độ

thiếu kích từ 81 Hình 4.2 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment vận hảnh ở chế độ thiếu

kích từ 81 Hình 4.2 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời stator vận hành ở chế

độ thiếu kích từ 82 Hình 4.2 (e) Các thông số thực tế trong quá trình thử nghiệm giảm kích từ máy phát 83 Hình 4.3 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator máy phát vận hành ở chế

độ quá kích từ 85 Hình 4.3 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công của máy phát vận

hành ở chế độ quá kích từ 85 Hình 4.3 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành ở

chế độ quá kích từ 86

Hình 4.3 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời stator vận hành ở chế

độ quá kích từ 86 Hình 4.3 (e) Các thông số thực tế trong quá trình thử nghiệm quá kích từ máy phát 87 Hình 4.4 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp, dòng điện stator máy phát vận hành trong

trường hợp mất kích từ 89 Hình 4.4 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công, vô công của của máy phát vận

hành trong trường hợp mất kích từ 90 Hình 4.4 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành

trong trường hợp mất kích từ 90

Hình 4.5 (a) Mô phỏng điện áp, dòng điện stator máy phát vận hành trong trường

hợp điện áp lưới thấp 93 Hình 4.5 (b) Mô phỏng công suất hữu công và vô công máy phát vận hành trong

trường hợp điện áp lưới thấp 93 Hình 4.5 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và moment máy phát vận hành trong

trường hợp điện áp lưới thấp 94 Hình 4.5 (d) Đồ thị mô phỏng dòng điện kích từ và dòng tức thời stator vận hành

trong trường hợp điện áp lưới thấp 94 Hình 4.6 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp dòng điện stator máy phát vận hành trong

trường hợp điện áp lưới cao 96 Hình 4.6 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công của máy phát vận

hành trong trường hợp điện áp lưới cao 96 Hình 4.6 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment của máy phát vận hành

trong trường hợp điện áp lưới cao 97 Hình 4.6 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và đòng tức thời máy phát vận hành

trong trường hợp điện áp lưới cao 97 Hình 4.6 (e) Các thông số của máy phát trong sự cố điện áp cao ngày 26/04/2011 98 Hình 4.7 (a) Đồ thị mô phỏng điện áp và dòng điện stator của máy phát vận hành ở

chế độ mất công suất 100 Hình 4.7 (b) Đồ thị mô phỏng công suất hữu công và vô công của máy phát vận

hành ở chế độ mất công suất 100 Hình 4.7 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và moment máy phát vận hành ở chế

độ mất công suất 101 Hình 4.7 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng điện tức thời máy phát vận hành

ở chế độ mất công suất 101 Hình 4.8 (a) Đồ thị mô phỏng Điện áp và dòng điện Stator vận hành trong trường

hợp mất điện áp lưới 103

Hình 4.8 (c) Đồ thị mô phỏng góc công suất và môment tức thời máy phát vận hành

trong trường hợp mất điện áp lưới 104 Hình 4.8 (d) Đồ thị mô phỏng dòng kích từ và dòng tức thời máy phát vận hành ở

chế độ mất điện áp 104

Hình 4.9 Sơ đồ mô phỏng máy phát với bộ AVR, bộ điều tốc turbine, kết nối tự

dùng và hệ thống điện 106

1.1 Giới thiệu

Với nhu cầu điện

được thiết kế với công s

điện năng tiêu thụ trên thế giới ngày càng ca

g suất ngày càng tăng nhưng bị hạn chế bởi, kích thước rotor, tốc độ rotor và đặc biệt

y của máy phát làm việc với dòng điện lớn

ình phát triển của kinh tế nước ta, vừa mới khu vực, nhu cầu đòi hỏi tăng trưởng sản lách, ngành Điện cần được phát triển trước

ác càng phát triển Do vậy nhu cầu lắp mới

ại hình để đảm bảo vấn đề an ninh năng lượ

ước năm 1945 các máy phát điện đều sử

ại nước Nhật kể từ sau chiến tranh thế g ớ cứu và sản xuất thử nghiệm các máy phát

ểu diễn dãy công suất của máy phát theo chế đ

sản xuất Mitsubishi

cao, các máy phát điện

ế ởi nhiều lý do như điện iệt là phương pháp giải

ớn

ới thoát khỏi danh sách

ản lượng điện năng hàng

ẫ nhiệt lớn và hiệu suất trao đổi nhiệt bề mặt

2: So sánh đặt tính của khí Hydro với khôn

iệu sơ lược về nhà máy Ô Môn

Lễ khởi công xây dựng nhà máy nhiệt điệ

ặt cao

ông khí và nước

điện Ô Môn

y Ô Môn được bắt đầu xây dựng từ đầu nă

nh thương mại từ ngày 04/02/2009 đến nay

ậ Bản) dựng dựa trên nguyên tắc chìa khoá trao tay

Hình 1.4: Cảnh quan 3D nhà máy Ô Mô

o nhà máy này là tập đoàn điện lực việt m)

cho nhà máy là nhà thầu Tepsco (Tokyo E

à nhà thầu Mitsubishi consortium bao gồ) và Mitsubishi Corporation (MC), nhà thầ

như Lò hơi, Turbine, Máy phát do Misub

à máy là dầu FO/khí thiên nhiên (Heavy

ới dầu FO, khi đường ống khí kéo đến trungang đốt khí

máy là nhiệt điện turbine hơi truyền thống,

ầ năm 2006 và đã khánh nay dựa trên nguồn vốn

tay

ôn 1

ệt Nam gọi tắt là EVN

Electric Power Service

ồm Mitsubishi Heavy

ầu phụ trách phần xây

ubishi cung cấp Nhiên

y Fuel oil /Gas Fired),

ng tâm điện lực Ô môn

ố g, bao gồm:

1 lò hơi

1 Turbine (1 cao áp, 1 trung áp và 2 hạ áp)

iệu về máy phát điện

ố kỹ thuật máy phát điện 330 MW

06HEKZ Mitsubishi Electric (Jap

410 MVA 348,5 MW (ở nhiệt độ nước làm m

3 000 rpm

50 Hz

16 KV

14 795 A 0,85 không ít hơn 0,5

ở công suất định mức 4Stator/ Rotor: F tăng nh

apan)

mát 37oC)

ứ 410 MVA nhiệt đến cấp B

Hệ thống kích từ Kích từ tĩnh, chĩnh lưu toàn cầu 3 pha có

Hydro được làm mát bằng nước

Điện dung phần ứng phase với đất 0,69 µF

Điện trở cuộn dây stator mỗi phase ở 95 oC là 0,000886 Ω

Hằng số thời gian ngắn mạch phần ứng (Armature Short Circuit Time Constant ta)

0,59 sec

Điện trở cuộn dây kích từ ở 95oC là 0,1043 Ω

Máy phát đồng bộ, rotor hình trụ, đặt nằm ngang, làm mát máy phát bằng khí

Hydro và Hydro được làm nguội bằng nước thông qua bộ làm mát khí Hydro đặt phía

trên stator máy phát (Hình 1.5) Kích từ máy phát được cung cấp qua máy biến áp

kích từ và bộ chỉnh lưu dòng điện đưa vào rotor thông qua bộ vành trượt chổi than

(hình 1.11) lắp đặt ở đầu rotor Hai quạt làm mát đối lưu khí Hydro lắp ở 2 đầu rotor

rút khí hydro đã được làm nguội sau khi qua bộ trao đổi nhiệt làm nguội khí hydro, đi

vào bên trong máy phát làm mát các cuộn dây rotor, stator rồi đi đến bộ làm nguội

Hydro, làm thành vòng tuần hoàn kín

Hình 1.5 Sơ đồ mặt cắt dọc máy phát điện 330 MW làm mát bằng Hydro

Hình 1.6 Cấu trúc lõi Rotorcủa máy phát

Hình 1.7 Cấu trúc cuộn dây Roto

Hình 1.8 Sơ đồ thông gió làm mát cho Rotorcủa máy phát

Hình 1.9 Bộ chèn khí Hydro bằng dầu

Để làm kín Hydro bên trong máy phát, bộ chèn kín khí Hydro bằng dầu nhớt

bôi trơn bợ trục được lắp đặt ở 2 đầu rotor máy phát (Hình 1.9)

Áp suất khí Hydro là 0,45 Mpa trong dãy hoạt động dao động ± 5% về điện áp

và ± 2% dao động về tần số

Để tránh phát sinh điện thế cảm ứng trên trục rotor máy phát làm hư hỏng các

bợ trục, bộ bảo vệ điện thế trục rotor (Hình 1.10) được lắp ở đầu trục rotor

Máy phát được thiết kế chịu đựng được số lần khởi động nhà máy trong

khoảng chu kỳ tuổi thọ 30 năm vận hành như sau:

• Khởi động lạnh (sau 72 giờ ngừng máy) 120 lần

• Khởi động ấm (sau 8 giờ ngừng máy đến 72 giờ) 520 lần

• Khởi động nóng (sau 1 giờ ngừng máy đến 8 giờ) 2000 lần

• Khởi động rất nóng (nhỏ hơn 1 giờ ngừng máy) 300 lần

Hệ thống kích từ máy phát sử dụng hệ thống kích từ tĩnh Máy biến áp kích từ

chỉnh lưu sang dòng điện DC thông qua bộ chỉnh lưu dùng các thyristor công suất

Trong quá trình khởi động hoặc trong trường hợp máy biến áp kích từ bất thường,

nguồn DC 110 V từ dàn accu 2000A vẫn có thể duy trì cung cấp đủ kích thích cho

rotor máy phát

Hình 1.10 Bảo vệ điện thế trục Roto

Hình 1.11 Hệ thống vành trượt và chổi than máy phát

1.3.3 Hệ thống điều khiển nhà máy

Hệ thống điều khiển của nhà máy là hệ thống điều khiển phân tán (DCS:

Distribution Control System) hoàn toàn tự động Các máy tính trạm (MPS: Multiple

Process Station) kết nối lại với nhau thông qua các giao thức truyền thông trên mạng

Các máy tính này sử dụng phần mềm “DYASYM NETMATION” chạy trên hệ điều

hành Window XP, Window 2000 được phát triển bởi tập đoàn Misubishi Heavy

Industries của Nhật

Hình 1.12 giao diện phần mềm Diasys Netmation của Mitsubishi

Phần mềm đã cài đặt hoàn tất sẵn sàng sử dụng

1.3.3.1 Cấu trúc tổng quan của hệ thống DCS

Hình 1.13 Cấu trúc tổng quan của hệ thống DCS

1.3.3.2 Mô tả các máy tính ở phòng điều khiển trung tâm

• Máy tính Operator Station – OPS (5 bộ): Giao tiếp người – máy, tập trung cho

giám sát điều khiển toàn bộ Nhà máy điện, hiển thị màn hình đồ họa, các sơ đồ

hệ thống chính, sơ đồ điện, giám sát logic tín hiệu, bảng điều khiển để điều

khiển chạy – ngừng các thiết bị, báo động và vẽ giản đồ (trend) của các tín

hiệu theo thời gian

• Máy tính Accessory Station – ACS (2 bộ dự phòng - Redundant ACS): Các

máy tính này cung cấp chức năng truy tìm sự kiện (Event Trace Function),

chức năng báo cáo, chức năng quản lý, lưu trữ cơ sỡ dữ liệu quá khứ trong

khoảng thời gian 31 ngày

• Máy tính Engineering Management System - EMS (1 bộ): EMS là máy tính

giúp bảo trì và lập trình điều khiển Nó cung cấp chức năng: tạo, sữa đổi dữ

liệu logic điều khiển; tạo, sữa đổi dữ liệu đồ họa; chức năng cấu hình hệ thống;

chức năng sữa đổi giao diện người - máy; chức năng quản lý bảng vẽ, chức

năng quản lý tài liệu … (tạo file.pdf)

• Máy tính Historical Data Storage - HDS (1 bộ) : lưu trữ dữ liệu, thông số vận

hành quá khứ trong 1 thời gian khá dài (vài năm) và 05 máy in để in dữ kiện,

thông số

1.3.3.3 Mô tả các máy tính ở phòng thiết bị điều khiển

• Chức năng máy tính trạm MPS (Multiple Process Station) giống như các

Computer cài đặt các phần mềm khác nhau để thực hiện nhiệm vụ của nó

Chức năng chính của các máy tính trạm (MPS): xử lý tín hiệu vào ra, thực thi

các logic điều khiển, lưu trữ dữ liệu trong thời gian gian ngắn Các MPS được

nối với nhau qua 2 kênh truyền (Ethernet) dữ liệu Pch và Qch mục đích dự

phòng lẫn nhau MPS nối vào các bộ điều khiển thiết bị I/O tại chổ qua 2 kênh

truyền (Control net) A & B

Hình 1.14 Cấu hình phần cứng một bộ điều khiển MPS

• Nhiệm vụ của các máy tính ở phòng thiết bị: là điều khiển, vận hành tự động

nhà máy thông qua các hệ thống lập trình sẵn và liên động qua lại lẫn nhau

− Hệ thống điều khiển chính (APS: Automatic Plant Start-up / Shutdown &

Unit Master Control) dùng điều khiển tự động khởi động / ngừng tổ máy

Đây là mức điều khiển cao nhất có quyền ra lệnh đến từng hệ thống điều

khiển khác có mức điều khiển thấp hơn

Hình 1.15 Tiến trình khởi động tự động tổ máy ở APS

− Hệ thống điều khiển tự động (APC: Automatic Plant Control) điều khiển

lưu lượng dầu, gió, lưu lượng nước cấp vào lò, nhiệt độ hơi tái sấy…

− Hệ thống quản lý các bộ đốt (BMS: Burner Management System) giám sát

sự cháy trong buồng lửa

− Hệ thống điều khiển vận hành tự động các thiết bị phụ (BOP)

− Hệ thống điều khiển Turbine – máy phát (DEH)

Hình 1.16 Tiến trình ngừng tự động tổ máy theo APS

− Hệ thống phân phối nguồn cho các tổ máy (UPDS: Unit Power Distribution

System)

− Hệ thống điều khiển các thiết bị chung (CSC : Common System Control)

− Hệ thống điều khiển máy phát điện

Hinh 1.17 Các trang màn hình điều khiển

1.3.3.4 Hệ thống điều khiển, giám sát và bảo vệ máy phát điện:

Chức năng điều khiển: khởi động MPĐ, điều khiển hệ thống kích từ, tăng/giảm

tải MPĐ, hòa điện và tách lưới từ hệ thống điều khiển phân tán DCS thông qua hệ

thống DEH (Digital Electrical Flash Hydraulic Control System) Có thể chọn chế độ

vận hành AVR từ bảng điều khiển máy phát và tích hợp với một số chức năng sau:

+ Chức năng đo lường: đo điện áp, dòng điện, tần số, cosϕ, MW, MWh,

MVAr, MVArh, điện áp và dòng điện kích từ

+ Chức năng bảo vệ: bao gồm bảo vệ hệ thống kích từ; hệ thống làm mát khí

Hydro; bảo vệ bợ trục; giám sát nhiệt độ lõi thép, cuộn dây và bảo vệ phần

điện Các Relay bảo vệ máy phát được lắp đặt tại tủ rơ le bảo vệ MPĐ (GPR)

và tủ rơ le bảo vệ MBA (TPR) Các tủ bảo vệ này được lắp trong phòng máy

tính của phòng kiểm soát trung tâm Hệ thống bảo vệ (các rơ le bảo vệ số và

các rơ le khóa) có thể làm việc chọn lọc hoặc phối hợp khi có sự cố MPĐ

Hình 1.18 Giao diện theo dõi thông số vận hành máy phát điện

Hình 1.19 Giao diện theo dõi các thông số nhiệt độ máy phát

Hình 1.20 (a) Giao diện theo dõi các thông số điện máy phát

Hình 1.20 (b) Giao diện theo dõi các thông số điện máy phát

1.3.4 Đặc tuyến P – Q của máy phát

Máy phát đồng bộ được định mức trong giới hạn công suất biểu kiến phát ra

cực đại và hệ số công suất (thường có giá trị 0,8 ; 0,85 ; 0,9 trễ pha) mà chúng có thể

không bị quá nhiệt Công suất tác dụng ở ngõ ra được giới hạn bởi khả năng của động

cơ sơ cấp Khả năng phát ra công suất phản kháng liên tục ở ngõ ra được giới hạn bởi

3 yếu tố:

• Giới hạn dòng phần ứng

• Giới hạn dòng kích từ

• Và giới hạn nhiệt vùng biên

Hình 1.20 biểu diễn đặt tuyến P – Q của máy phát được làm mát bằng khí

Hydro lắp ở nhà máy điện Ô Môn Với hệ số công suất định mức là 0,85 Ứng với

từng áp suất khí Hydro khác nhau (0,45 ; 0,35 ; 0,25 Mpa) ta có từng đường bao công

suất khác nhau, do chế độ làm mát khác nhau

Hình 1.21 : Đặt tặt tuyến P – Q máy phát 330 MW làm mát bt bằng khí Hydro

Đặt tuyến P – Q được chia làm 3 phần

(a) Phần giới hạn bởi nhiệt độ cuộn dây rotor (dòng điện kích từ)

Một trong những nguyên nhân gây phát nhiệt là kết quả của tổn hao công suất

trong cuộn kích từ (do Q f = R f i f ) Giới hạn bởi nhiệt độ cuộn dây Rotor dưới điều

kiện dòng kích từ được giữ là hằng số và chế độ làm mát không đổi thông qua áp suất

khí Hydro không đổi

Đối với rotorcực ẩn ta có Xd ≈ Xq ≈ Xs Mạch tương đương theo hình 1.22

Hình 1.22: Sơ đồ thay thế máy điện đơn giản và Giản đồ véc tơ trạng thái xác lập

Từ phương trình dọc trục và ngang trục của , bỏ qua giá trị R ta có:

= ∅ = − Quan hệ công suất tác dụng với công suất phản kháng đối với dòng kích từ là một

đường tròn có tâm nằm trên trục Q cách gốc toạ độ một đoạn là (− ) và có bán kính

bằng " #

$% Vì vậy giới hạn của khả năng máy phát theo dòng kích từ định mức

được trình bày theo hình vẽ 1.23

ad i E X

(b) Phần giới hạn bởi cuộn dây Stator (dòng phần ứng)

Dòng điện phần ứng là một trong những nguyên nhân làm tổn hao công suất &

Năng lượng tổn hao này phải được loại bỏ để giới hạn sự tăng nhiệt độ trong dây dẫn

và môi trường xung quanh nó Vì vậy một trong những hạn chế định mức công suất

máy phát là dòng cực đại của phần ứng không bị vượt quá giới hạn nhiệt

Công suất phát ra ' = + ( = ) ) = | || |( ∅ + ( ∅)

E t Sức điện động phần ứng

I t dòng điện phần ứng

∅ góc công suất

Giới hạn bởi nhiệt độ cuộn dây phần ứng dưới điều kiện dòng điện stator giữ hằng

số

Trên mặt phẳng P – Q biểu diễn đường giới hạn dòng phần ứng đó là một đường

tròn tâm tại gốc toạ độ và bán kính bằng công suất biểu kiến định mức (Hình 1.21)

(c) Phần giới hạn bởi nhiệt độ vùng biên của lõi từ

Sự phát nóng được hình thành ở vùng biên của phần ứng, đây là giới hạn hạn thứ

ba trong máy phát đồng bộ, giới hạn này ảnh hưởng đến khả năng của máy điện trong

điều kiện thiếu kích từ, từ thông ở các cuộn dây ở 2 đầu phần ứng của stator tản vào

và ra vuông góc với từng lớp thép mỏng của stator

Đây là nguyên nhân dòng điện xoáy trong từng lớp thép, kết quả là sự phát nhiệt ở

vùng biên Khi dòng kích từ lớn ứng với trường hợp quá kích từ làm vòng giữ đầu dây

(Retaining ring) bão hoà làm cho từ thông tản nhỏ Tuy nhiên trong vùng thiếu kích

từ, dòng kích từ nhỏ và vòng giữ đầu dây không bão hoà, điều này cho phép tăng từ

thông tản ở cuối phần ứng

Trong điều kiện thiếu kích từ, từ thông tản do dòng phần ứng cộng với từ thông

sinh ra do dòng kích từ, vì vậy từ thông vùng biên làm tăng từ thông hướng tâm trong

vùng và kết quả hiệu ứng nhiệt xảy ra rất mãnh liệt giới hạn ngõ ra máy phát, đặc biệt

trong trường hợp rotordây cuốn

Giới hạn nhiệt vùng biên này được trình bày cùng với giới hạn chịu nhiệt bởi nhiệt

của dòng điện phần ứng như trong hình 1.24

Hình 1.24: Giới hạn nhiệt vùng biên

Đối với máy phát 330MW ở nhà máy Ô Môn vùng (c) trong Hình 1.21 chỉ ra

ảnh hưởng lớn bởi vật liệu của vòng giữ đầu dây rotor và cấu trúc đầu cuối cuộn dây

stator Có thể được kiểm tra thử nghiệm đo lường nhiệt độ đầu cuối lõi từ ở nhà chế

tạo trong vùng sớm pha Tuy nhiên dựa vào nhiều dữ liệu được thu thập trong sự phối

hợp với nhiều công ty năng lượng điện khác nhau thì hiển nhiên rằng không có vấn đề

gì như là nhiệt độ tăng lên trong đầu cuối lõi từ stator nếu nó nằm trong vùng đường

cong khả năng (c)

Sơ đồ vectơ trong vùng cuối của máy phát được chỉ ra trong hình 1.25 Trong

vùng này từ thông được sinh ra bởi lực từ động rotor được xem là λ lần từ thông (λ

< 1)

Ở điểm tuỳ ý λ/(1 - λ) thì luôn luôn cố định bất chấp điều kiện tải Với kết quả,

nếu CD bằng nhau, nhiệt độ tăng ở phần cuối trở nên bằng nhau và nếu đường thằng

OA được vẽ song song với DC và điểm O được lấy từ đoạn thẳng BC kéo dài trên

đường MVAr trễ pha Quỹ đạo của bán kính OA với tâm là điểm O cho ra đường cong

(c) đáp ứng điều kiện độ tăng nhiệt độ không đổi trong phần cuối lõi stato