BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH VẬT LÝ CHUYÊN
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
VẬT LÝ CHUYÊN DÙNG CHO GIẢNG DẠY
CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VÀ THỰC TẬP VẬN HÀNH
NHÀ MÁY ĐIỆN (PHẦN ĐIỆN)
MÃ SỐ: B2009 – 22 – 36
Tp Hồ Chí Minh, 2011
S 0 9
S KC 0 0 3 2 0 5
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BỘ MÔN ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
Chủ nhiệm đề tài: TS TRƯƠNG VIỆT ANH
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
MƠ HÌNH VẬT LÝ CHUYÊN DÙNG CHO GIẢNG DẠY CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VÀ
THỰC TẬP VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN
(PHẦN ĐIỆN)
Mã số : B2009 – 22 – 36
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BỘ MÔN ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
MƠ HÌNH VẬT LÝ CHUYÊN DÙNG CHO GIẢNG DẠY CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VÀ
THỰC TẬP VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN
(PHẦN ĐIỆN)
Mã số : B2009 – 22 – 36
Xác nhận của cơ quan chủ trì đế tài Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên, đĩng dấu) (ký, họ tên)
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011
Trang 4BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Đơn vị: ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1 Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình vật lý chuyên dùng cho giảng dạy các bài
thí nghiệm và thực tập vận hành Nhà Máy Điện (phần điện)
- Mã số: B2009 – 22 – 36
- Chủ nhiệm: Trương Việt Anh
- Cơ quan chủ trì:Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
- Thời gian thực hiện: 9/2009 – 9/2011
2 Mục tiêu:
- Xây dựng mô hình nhà máy đien có các thông sô phù hợp cho điều kiện thực tap tại Việt Nam và thực hiện các nghiên cứu quá trình thu phát công suât, các trinh tự lên máy, quá trình xác lập diễn ra trong nhà máy
- Xây dựng các bài thí nghiệm và thực hành trên mô hình vat lý của nhà máy điện phù hợp với điều kiện Việt Nam
3 Tính mới và sáng tạo:
- Đề xuất trình tự thiết kế và thi công mô hình thí nghiệm vận hành nhà máy điện dựa trên cơ sở vật tư và thiết bị có sẵn trên thị trường dân dụng với giá cả hợp lý, đem lại hiệu quả về kinh tế và đạt được giá trị thực tiễn
- Trình tự chế tạo máy phát điện đồng bộ phục vụ mô hình từ động cơ rotor lồng sóc
4 Kết quả nghiên cứu:
Sản xuất thành công mô hình bài thí nghiệm và thực hành nhà máy điện đáp ứng đầy đủ các bài thí nghiệm/thực hành không tải, ngắn mạch, tải R-L-C, hòa đồng bộ, phát P, thu/phat Q lên lưới, ổn định điện áp và tần số khi chạy với tải độc lập … Có kiểm tra và so sánh với kết quả thí nghiệm của các mô hình tương tự của hãng LeBold – Đức
5 Sản phẩm:
- Mô hình nhà máy điện
- 02 tài liệu hướng dẫn thực tập dành cho sinh viên và cho giáo viên
- Bài báo đã được xét đang tại tạp chi Khoa Học và Giáo Dục số 19 – Đại Học Sư Phạm
Kỹ Thuật Tp.HCM
- Hướng dẫn 02 thạc sĩ có`nội dung đề tài liên quan
6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Đã chuyển giao được 2 mô hình nhà máy điện trong 2 hợp đồng chuyển giao phòng thực hành
và thí nghiệm cung cấp điện ký kết với trường Trung Cấp Thủ Dầu 1 và Công ty CPTM SX
XD Hưng Thịnh (Phụ lục 3)
Ngày tháng năm
Cơ quan chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
Trang 5INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1 General information:
- Project title: Research, design and construction of physical models used exclusively for
teaching lessons and practice tests run Simulation of Power Plant (electricity)
- Code number: B2009 – 22 – 36
- Coordinator: Ph.D Trương Việt Anh
- Implementing institution: Technical Education of University
- Duration: from 9/2009 to 9/2011
2 Objective(s):
- Building a model plant with the appropriate parameters for the conditions in Vietnam to tap the research and implementation process of development capacity, the boarding process, the establishment in power plant
- Develop and practice of experiments on physical models of plants suitable to Vietnam's conditions
3 Creativeness and innovativeness:
- Propose the design and construction of experimental model power plant operators based on the materials and equipment available on the civil market with affordable , effective and economic gain practical value
- Order made synchronous generator model from squirrel cage rotor engine
4 Research results:
Producing successful models and practical experiments plants meet all laboratory / practical no-load, short circuit, RLC load, gird connection, stable the voltage and frequency independent when running with load It was tested and compared with experimental results of the same model from LeBold company- Germany
5 Products:
- The model plant
- 02 practice guide for students and teachers
- The article has been reviewed at the journal Science and Education No 19 - University of Technical Pedagogy University HCMC
- Guide 02 master’s thesis
6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
laboratory with the signing of a Thu Dau Mot Colleges and Hung Thinh Company (Appendix 3)
Trang 6Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang i
MỤC LỤC
Mục lục i
Danh mục hình vẽ v
Chương 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
0.1 Tính cần thiết của đề tài 2
0.2 Mục tiêu của đề tài 3
0.3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 3
0.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 3
0.5 Bố cục của đề tài 4
Chương I: TỔNG QUAN 5
1.1 Đặt vấn đề: 6
1.2 Mô hình máy phát điện hiện hữu dùng dạy học 7
1.2.1 Turbine – động cơ sơ cấp 8
1.2.2 Bộ điều khiển động cơ sơ cấp - tần số máy phát 8
1.2.3 Máy phát điện 3 pha 9
1.2.4 Bộ kích từ máy phát 9
1.2.5 Bộ điều khiển công suất tác dụng 9
1.2.6 Bộ điều khiển cosϕ 10
1.2.7 Bộ hoà đồng bộ 10
1.2.8 Bộ ổn định tốc độ - tần số máy phát 10
1.2.9 Bộ tải 11
1.3 Nhận xét và đề xuất 11
1.4 Các bài thí nghiệm – thực tập trên mô hình 12
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN 13
2.1 Xây dựng các yêu cầu của mô hình nhà máy điện 14
2.1.1 Tiêu chí chung của mô hình nhà máy điện 14
2.1.2 Các yêu cầu cụ thể của mô hình NMĐ phù hợp với thực tế Việt Nam 14
2.2 Xây dựng sơ đồ khối của mô hình nhà máy điện 15
2.2.1 Phân tích một sơ đồ nhà máy điện – phần điện 15
2.2.2 Nhiệm vụ của các khối trong nhà máy điện 17
2.3 Các đề xuất cải tiến mô hình máy phát điện 23
2.3.1 Turbine 23
Trang 7Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang ii
2.3.2 Máy phát điện 3 pha 25
2.3.3 Hệ thống điều khiển kích từ máy phát điện 26
2.3.4 Máy phát tốc 26
2.3.5 Cải tiến một số mô hình tải 26
Chương 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 29
3.1 Yêu cầu thiết kế và thi công 30
3.2 Thi công mô hình 30
3.2.1 Giới thiệu mô hình 30
3.2.2 Chế tạo khối máy phát điện 3 pha giá rẻ 31
3.2.3 Chọn động cơ sơ cấp và chế tạo khối điều khiển động cơ sơ cấp 35
3.2.4 Chế tạo khối điều khiển kích từ máy phát và phát Q lên lưới điện 37
3.2.5 Thiết kế và hiệu chỉnh đường hồi tiếp ổn định tốc độ máy phát điện 39
3.2.6 Mô hình tải: 43
3.2.7 Chế tạo khung – giá đỡ thí nghiệm 44
Chương 4 CÁC THÍ NGHIỆM – KẾT LUẬN TÍNH PHÙ HỢP CỦA MÔ HÌNH 45
4.1.Thí nghiệm 46
4.1.1 Các thí nghiệm 46
4.1.2 Các lưu ý về vấn đề an toàn 46
4.2 Kết quả thí nghiệm 46
4.2.1 Thí nghiệm không tải và ngắn mạch máy phát điện 47
4.2.2 Thí nghiệm tải R, L, C 50
4.2.3 Thí nghiệm chạy ổn định điện áp và ổn định tần số máy phát điện 53
4.2.4 Thí nghiệm HĐB và phát P, Q lên lưới hay phát P và thu Q của lưới 54
4.2.5 Nhận xét các kết quả thí nghiệm 56
Chương 5 KẾT LUẬN 57
5.1 Những công việc của đề tài đã hoàn thành 58
5.2 Những đề xuất và mở rộng mô hình trong tương lai 58
PHỤ LỤC 1 (Phần dành cho sinh viên) 59
Phụ lục 1.1:THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI VÀ NGẮN MẠCH 61
1 Thí nghiệm không tải 61
2 Ngắn mạch 64
CÂU HỎI: 66
Trang 8Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang iii
Phụ Lục 1.2 THÍ NGHIỆM VỚI TẢI R, L, C 67
1 Tải thuần trở 67
2 Tải thuần cảm 70
3 Tải thuần dung 72
CÂU HỎI: 74
Phụ lục 1.3 THÍ NGHIỆM ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ MPĐ 75
1 Ổn định điện áp 75
2 Ổn định tần số 79
3 Ổn định điện áp và tần số máy phát 83
CÂU HỎI: 87
Phụ lục 1.4 THÍ NGHIỆM HÒA LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA 88
1 Máy phát điện hoà lưới điện quốc gia 88
2 Máy phát điện phát/nhận công suất phản kháng vào lưới điện quốc gia 91
2.1 Phát công suất tác dụng: 92
2.2 Phát công suất phản kháng: 92
CÂU HỎI: 93
PHỤ LỤC 2 (Phần dành cho giáo viên) 94
Phụ lục 2.1:THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI VÀ NGẮN MẠCH 96
1 Thí nghiệm không tải 100
2 Ngắn mạch 103
CÂU HỎI: 107
Phụ Lục 2.2 THÍ NGHIỆM VỚI TẢI R, L, C 108
1 Tải thuần trở 112
2 Tải thuần cảm 114
3 Tải thuần dung 116
CÂU HỎI: 119
Phụ lục 2.3 THÍ NGHIỆM ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ MPĐ 122
1 Ổn định điện áp 126
2 Ổn định tần số 130
3 Ổn định điện áp và tần số máy phát 133
CÂU HỎI 138
Trang 9Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang iv
Phụ lục 2.4 THÍ NGHIỆM HÒA LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA 140
1 Máy phát điện hoà lưới điện quốc gia 142
2 Máy phát điện phát/nhận công suất phản kháng vào lưới điện quốc gia 144
2.1 Phát công suất tác dụng: 145
2.2 Phát công suất phản kháng: 145
CÂU HỎI 147
Tài Liệu Tham Khảo 149
Trang 10Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : S ơ đồ khối mô hình nhà máy điện 7
Hình 2.1: S ơ đồ khối nhà máy điện 16
Hình 2.2: S ơ đồ khối hệ thống kích từ máy phát 17
Hình 2.3: Gi ới thiệu sơ đồ khối điều tốc turbin 19
Hình 2.4: Đáp ứng thời gian của tổ máy có đặc tính độc lập 19
Hình 2.5: B ộ điều tốc đặc tính phụ thuộc 20
Hình 2.6 : Đáp ứng thời gian của tổ máy có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc 21
Hình 2.7 Các đèn đồng bộ trong mạch 3 đèn tắt 22
Hình 2.8: Các đèn đồng bộ trong mạch 2 đèn sáng một đèn tắt 22
Hình 2.9: S ơ đồ bộ điện trở 27
Hình 2.10: S ơ đồ bộ tải dung 27
Hình 2.11: S ơ đồ bộ tải cảm 28
Hình 3.1 Mô hình thi công nhà máy điện 30
Hình 3.2: Phay rotor l ồng sóc để làm rotor máy phát điện 32
Hình 3.3 Rotor và dây qu ấn kích từ cùa máy phát điện 32
Hình 3.4 Mô t ả rotor sau khi đã sấy tẩm hoàn tất 33
Hình 3.5 Sơ đồ trải dây của stator máy phát điện 33
Hình 3.6: Dây cu ốn stator sau khi hoàn tất 34
Hình 3.7 Máy phát điện 3 pha 34
Hình 3.8 Động cơ không đồng bộ 3 pha 35
Hình 3.9 B ộ điều khiển động cơ sơ cấp dùng biến tần 5iG4 36
Hình 3.10: Động cơ sơ cấp – máy phát tốc và máy phát điện 37
Hình 3.11 Trình bày s ơ đồ nguyên lý của module điều khiển kích từ máy phát 38
Hình 3.12: M ặt giao diện điều khiển của bộ kích từ máy phát điện 39
Hình 3.13: S ơ đồ nối dây xác định các chỉ số Kp, Ki, Kd 40
H ỉnh 3.14: Bố trí các thiết bị trong thí nghiệm xác định Kp, Ki, Kd 40
Hình 3.15 Chu k ỳ giao động của hệ thống nhà máy điện – phụ tải độc lập 41
Hình 3.16: T ốc độ đáp ứng tần số khi đóng tải 315W trước khi chỉnh định 41
Hình 3.17: T ốc độ đáp ứng tần số khi đóng tải 315W sau khi chỉnh định 41
Hình 3.18: T ốc độ đáp ứng f khi đóng tải từ 45W lên 180W sau khi chỉnh định 42
Hình 3.19: Th ời gian biến động tần số khi cắt 315W ra khỏi máy phát 42
Trang 11Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang vi
Hình 3.20: Th ời gian biến động tần số khi cắt 180W ra khỏi máy phát 42
Hình 3.21: Mô hình tài 43
Hình 3.22 Hình ảnh mô hình hoàn chỉnh 44
Hình 4.1: S ơ đồ đấu nối không tải kiểm tra thông số máy phát điện 47
Hình 4.2: S ơ đồ đấu nối ngắn mạch kiểm tra thông số máy phát điện 47
Hình 4.3: Đồ thị điện áp không tải máy phát điện ở tần số 30, 40, 50Hz 48
Hình 4.4: So sánh đặc tuyến không tải với [1] 48
Hình 4.5: Đồ thị dòng điện startor khi ngắn mạch MPĐ ở tần số 30, 40, 50Hz 49
Hình 4.6: So sánh đặc tuyến khi ngắn mạch với [1] 49
Hình 4.7: S ơ đồ đấu nối mô hình máy phát điện – tải thuần trở 50
Hình 4.8: S ơ đồ đấu nối mô hình máy phát điện – tải thuần cảm 51
Hình 4.9: S ơ đồ đấu nối mô hình máy phát điện – tải thuần dung 51
Hình 4.10: Giá tr ị điện áp ở 3 thí nghiệm lần lượt với tải R, L, C 52
Hình 4.11: Giá tr ị điện áp của máy phát Lebold khi làm việc với tải thầun R, L, C 52
Hình 4.12: S ơ đồ nối dây thí nghiệm ổn định điện áp 53
Hình 4.13: Giá tr ị dòng Ie theo Is ở các mức điện áp khác nhau 53
Hình 4.14: Thí nghi ệm hòa lưới, phát P và Q lên lưới 54
Hình 4.15: Công su ất phát phụ thuộc vào tần số của biến tần 55
Hình 4.16: Đồ thị thu và phát Q vào lưới theo dòng kích từ Ie 55
Trang 12
Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang 1
CHƯƠNG 0: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Trang 13Mã số đề tài B2009 – 22 – 36 Chương 0
Trang 2
0.1 Tính cần thiết của đề tài
Nhà Máy Điện có vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điện nên có rất nhiều nghiên cứu khoa học về máy phát điện, máy biến áp lực trong nhà máy, sơ đồ bộ
và các vấn đề có liên quan khác Ở bất cứ một nhà máy điện nào cũng có tài liệu hướng dẫn vận hành, sửa chữa thiết bị Tuy nhiên, để nhanh chóng đáp ứng được những yêu cầu cao của một kỹ sư vận hành, sinh viên mới ra trường chắc chắn gặp không ít khó khăn Để khắc phục những khó khăn này, trong các phòng thí nghiệm, phòng thực tập hệ thống điện hay cung cấp điện trong các trung tâm đào tạo của điện lực mà nhất là các trường đại học cần có mô hình nhà máy điện có khả năng thực tập
và thí nghiệm được các trạng thái vận hành cơ bản của một nhà máy điện có trong thực
tế, nhất là trong điều kiện của Việt Nam
Trên thế giới, các hãng sản xuất đồ dùng dạy học nổi tiếng như Delozenro [1], Leboyd [2] hay Lap-Volt[3] cũng cố gắng để đáp ứng những yêu cầu này nhưng chỉ dừng lại sơ đồ nhà máy điện - trạm biến áp đơn giản ở mức hoà đồng bộ, phát công suất tác dụng, thu/phát công suất phản kháng trong quá trình chạy đơn lẻ hay với hê thống Trong khi đó các kỹ năng cho việc vận hành kết nối nhiều tổ máy phát (có công suất nhỏ) đang là một nhu cầu lớn của các nhà máy xí nghiệp tại Việt Nam, hay vận hành song song các tổ máy điện có máy phát điều tần cũng không được đề cập
Các bài thí nghiệm về tổ máy phát điện thường phức tạp về quy trình, tạo cảm giác e dè ngay cả cho giáo viên hướng dẫn vì giá thành của thiết bị cao, nên chỉ cho sinh viên quan sát các thao tác lên máy và vận hành mà không được trực tiếp thao tác, điều chỉnh các thông số Vì vậy, sinh viên không nắm vững kiến thức lẫn tay nghề trong vận hành nhà máy, cũng như các pan thường gặp trong khi sửa chữa máy phát điện
Các thiết bị phục vụ cho bài thí nghiệm nhà máy điện khá đắt tiền, nên việc trang bị đầy đủ một nhà máy điện có 2 tổ máy là cực kỳ khó khăn nên việc thí nghiệm hoà lưới và phân bố công suất giữa các tổ máy thường không được đề cập trong thí nghiệm