Nghiên cứu ứng dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính tàu TT200 để xây dựng bài thực hành

Trong thời gian tốt nghiệp, em đã được học và làm cùng các thầy trong Khoa Thiết bị mô phỏng bảng điện chính mô phỏng hệ thống cung cấp điện của tàu Cảnh sát biển TT200.. GIỚI THIỆU TỔNG

đi rất dài và vững chắc Việc áp dụng những công nghệ tiên tiến, những công nghệ mới có tính ứng dụng cao đã làm tăng hiệu quả khải thác của các con tàu đồng thời làm giảm thiểu những hạn chế

Trải qua 5 năm học tập và rèn luyện tại trường, em đã bước vào kì học cuối cùng và làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian tốt nghiệp, em đã được học

và làm cùng các thầy trong Khoa Thiết bị mô phỏng bảng điện chính mô phỏng

hệ thống cung cấp điện của tàu Cảnh sát biển TT200

Sau đó, em đã được các thầy tin tưởng giao cho đề tài “Nghiên cứu ứng

dụng hệ thống mô phỏng bảng điện chính tàu TT200 để xây dựng bài thực hành” Nhờ sự tận tình dìu dắt, chỉ bảo của thầy giáo hướng dẫn TS.Đào Minh Quân và sự trợ giúp của các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử cùng với sự

chung sức của các bạn sinh viên, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên do kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn hẹp, kinh nghiệm còn ít nên

đề tài không tránh khỏi những thiết sót Nên em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô trong Khoa để đề tài của em được hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn !

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung và số liệu trong đề tài là của em tự thu thập và nghiên cứu, không có sự sao chép lại của tác giả nào khác

Hải Phòng, ngày 11 tháng 05 năm 2016

Sinh viên thực hiện:

Phạm Xuân Bách

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

1 Ý nghĩa của mô hình 5

2 Đối tượng phục vụ 5

3 Nội dung nghiên cứu 5

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 6

1.1 Trạm phát điện trên tàu thủy 6

1.2 Phân loại và thông số cơ bản của trạm phát điện trên tàu thủy 6

1.3 Giới thiệu chung về hệ thống mô phỏng bảng điện chính 8

1.3.1 Bảng điện chính 8

1.3.2 Thông số kỹ thuật của một số phần tử chính 11

+ Thông số kỹ thuật của các đồng hồ 11

+ Thông số kỹ thuật của một số cam điều khiển 13

+ Module đèn báo, nút ấn 16

+ Màn hình cảm ứng HMI 18

1.3.3 Phân tích một số chức năng điều khiển chính trong trạm phát điện tàu thủy 22

Chương 2 XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 30

2.1 Chế độ điều khiển bằng tay 30

2.2 Chế độ điều khiển tự động 30

2.3 Thực hành các tính năng báo động, bảo vệ của bảng điện chính 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

KẾT LUẬN 40

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

theo thời gian

21

MỞ ĐẦU

1 Ý nghĩa của mô hình:

Đối với một sinh viên thì ngoài việc học lí thuyết trên lớp là chưa đủ mà quan trọng hơn đó là việc được khai thác, vận hành trạm phát điện khi công tác thực tế trên tàu Cụ thể hơn qua mô hình này, sinh viên được làm quen với các tình huống giả định rất giống với thực tế để có thể xử lí nhanh chóng, hiệu quả

và đạt được yêu cầu đề ra của nhiệm vụ, công việc khi công tác trên tàu Điều này sẽ giúp các kỹ sư trẻ sau khi ra trường tích lũy được những bài học, kinh nghiệm quý báu và có thể khai thác, vận hành tốt những thiết bị ngoài thực tế

mà không mất nhiều thời gian làm quen, tìm hiểu và nghiên cứu

Hiện nay ở các trường đại học và cao đẳng trong cả nước ta đã có những thiết bị phục vụ cho thực hành trên trạm phát điện tàu thủy Tuy nhiên, những trang thiết bị đó chưa đầy đủ cùng với những bài thực hành chưa thực sự bám sát với thực tế

Thiết bị mô phỏng bảng điện chính mô phỏng hệ thống cung cấp điện của tàu Cảnh sát biển TT200 được ra đời dựa trên những yếu cầu cấp thiết nói trên nhằm phục vụ việc giảng dạy, học tập của Trung tâm huấn luyện Cảnh sát biển Vậy việc xây dựng các bài thực hành trên thiết bị mô phỏng này là rất quan trọng, cần thiết và có ý nghĩa khoa học đối với công tác đào tạo sĩ quan điện

2 Đối tƣợng phục vụ:

Giảng viên, sinh viên, kỹ sư đang học tập, nghiên cứu tại các trường đại học, cao đẳng và các trung tâm huấn luyện thuyền viên mà cụ thể ở đây là Trung tâm huấn luyện Cảnh sát biển

3 Nội dung nghiên cứu:

Sơ lược về thiết bị mô phỏng bảng điện chính Mô hình có thể coi là 1 trang bị tốt để học viên được học tập trực quan về các phần tử của bảng điện chính Qua đó có thể sửa chữa, khắc phục những sự cố hay lỗi nhỏ khi vận hành

Các bài học được xây dựng sẵn giúp giáo viên chủ động đưa ra các tình huống thực tế khi xảy ra sự cố khi vận hành thật để các học viên xử lí, làm quen Qua mô hình này, học viên sẽ được thực hành các bài tập, vận dụng lý thuyết đã

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH

MÔ PHỎNG BẢNG ĐIỆN CHÍNH 1.1 Trạm phát điện trên tàu thủy:

Trạm phát điện trên tàu thủy làm nhiệm vụ cung cấp truyền tải và phân bố năng lượng điện năng cho các thiết bị điện

Tất cả các thiết bị điện để vận hành một con tàu lớn hầu hết sử dụng nguồn năng lượng điện, chính vì vậy điện năng đóng vai trò rết quan trọng quyết định đến sự sống của những con tàu Từ các thiết bị máy móc điện hang hải như:

vô tuyến, VHF, Rada, Máy đo độ sâu… đến các thiết bị buồn máy như: chiếu sang, đốt nóng, máy lạnh đều sử dụng năng lượng chung là năng lượng điện

Do điều kiện làm việc trên tàu thủy rất khắc nghiệt do luôn phải chịu tác động của môi trường như rung lắc, chênh lệch nhiệt độ khi tàu đi qua các vùng biển khác nhau, độ ẩm, muối mặn… và nhiều điều kiện khác nên trạm phát điện tàu thủy cần phải dảm bảo các yêu cầu cơ bản của các trạm bình thường mà còn phải thỏa mãn thêm các yêu cầu sau:

-Phải có kết cấu đơn giản, chắc chắn, gọn nhẹ và chiếm ít diện tích lắp đặt -Hoạt động tin cậy, an toàn trong mọi điều kiện làm việc của tàu

-Dễ dàng trong vận hành, khai thác và bảo dưỡng

-Đảm bảo tính cơ động

-Hiệu suất sử dụng cao

-Tránh gây tiếng ồn và gây nhiễu cho RADIO

1.2 Phân loại và thông số cơ bản của trạm phát điện tàu thủy:

Phân loại

-Phân loại theo công suất trạm phát

+Tổng công suất trạm phát nhỏ hơn 1500kw: Trạm phát có công suất nhỏ +Tổng công suất trạm phát từ 1500 đến 5000KW: trạm phát có công suất trung bình

+Tổng công suất trạm phát lớn hơn 5000kw: Trạm phát có công suất lớn

- Phân loại theo động cơ lai

+ Trạm phát DIEZEL: có động cơ lai là diesel

+ Trạm phát tuabin: có động cơ lai là tua bin nước, hơi

+ Trạm phát hỗn hợp: lai với diesel và tuabin

- Phân loại theo dòng điện

+ Trạm phát một chiều: máy phát là máy phát một chiều

+ Trạm phát xoay chiều: máy phát là máy phát đồng bộ 3 pha

- Phân loại theo chức năng

+ Trạm phát điện chính: là trạm phát hoạt động thường xuyên, đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho mội chế độ hoạt động của tàu

+ Trạm phát sự cố: chỉ hoạt động khi tàu bị sự cố, máy chính không hoạt động được

Trên tàu thủy cũng như lưới điện quốc gia có 2 loại tần số:

+ Khối liên xô cũ và một số nước XHCN sử dụng dòng điện có tần số 50Hz

+ Khối tư bản sử dụng dòng điện có tần số 60hz

Khi tang tần số thì giảm được trọng lượng và kích thước do:

P=M.n

N=60f/P

M=F.d

P: công suất

+Trạm phát phải cung cấp đầy đủ công suất cho các thiết bị điện trên tàu +Bắt buộc phải có trạm phát điện sự cố đặt trên mớn nước của tàu

1.3 Giới thiệu hệ thống mô phỏng bảng điện chính:

1.3.1 Bảng điện chính:

Thiết bị mô phỏng bảng điện chính mô phỏng hệ thống cung cấp điện của tàu Cảnh sát biển TT200 Hệ thống được xây dựng bao gồm 3 máy phát điện, trong đó một máy phát (Máy phát số 3) được sử dụng khi tàu đỗ bến và trong những trường hợp sự cố xảy ra với máy phát 1 và máy phát 2

Trong hệ thống mô phỏng, mỗi máy phát là được mô phỏng lai bởi một động cơ Diesel và có các thông số kỹ thuật giả lập như sau:

- 03 D/G (Diesel generator):

Điện áp: 380 V Tần số: 50 Hz Công suất: 100 KW

Tải của hệ thống mô phỏng được thể hiện bằng các MCCB cấp cho hệ thống các phụ tải được đặt bên dưới của mỗi Panel

Hình 1.1 Sơ đồ 1 dây của hệ thống mô phỏng bảng điện chính

Trên bảng điện chính của hệ thống mô phỏng có ba bảng điều khiển máy

phát, một bảng hòa đồng bộ và một bảng điện cấp nguồn 220V

Hình 1.2 Tổng quan mặt trước các Panel hệ thống mô phỏng bảng điện chính

Trên bảng điện điều khiển của 3 máy phát (Panel 1, Panel 3, Panel 4) có

- Hệ thống các đèn báo (đèn báo chế độ điều khiển, đèn báo lỗi, đèn báo trạng thái của ACB…)

- Hệ thống các nút ấn (nút ấn chọn chế độ tự động, bán tự động, nút ấn đóng, mở ACB…)

- Hệ thống công tắc cam (công tắc chọn chế độ điều khiển, công tắc đèn chiếu sáng tủ điện, công tắc chuyển pha đo điện áp)

- Màn hình cảm ứng HMI điều khiển và giám sát hệ thống

- Hệ thống các MCCB cấp nguồn cho các phụ tải

Panel số 2 là Panel hòa đồng bộ máy phát, trên panel này có một số phần

tử chính như sau:

- Hệ thống đèn tắt (gồm có 3 đèn)

- Hệ thống công tắc cam điều khiển (công tắc chọn máy phát hòa đồng

bộ, công tắc chuyển mạch đo dòng điện, công tắc bật - tắt đèn chiếu sáng bảng điện)

- Hệ thống các MCCB cấp nguồn cho các phụ tải

Panel số 5 là Panel cấp nguồn 220V, trên panel này bao gồm các phần tử chính như sau:

- Hệ thống các đèn báo (đèn báo nguồn 220V, đèn báo chọn biến áp 1, đèn báo chọn biến áp 2…)

- Hệ thống các công tắc điều khiển

- Hệ thống các MCCB cấp nguồn cho các phụ tải

1.3.2 Thông số kỹ thuật của một số phần tử chính

+) Thông số kỹ thuật của các đồng hồ

Hình 1.3 Vônmet-Ampemet

Vônmet-Ampemet, Oát kế, Mega Ôm kế… được sử dụng trong hệ thống

có đặc tính và độ tin cậy cao, đuợc sản xuất trên dây chuyền công nghệ và thiết bị hiện đại, đạt cấp chính xác 1.5 hoặc 2.5 theo tiêu chuẩn quốc tế IEC51 Đây là các loại đồng hồ có cơ cấu đo điện từ kim chỉ Đồng hồ đựơc bảo vệ tránh hư hại trong điều kiện bất lợi bằng hệ thống dây tóc, chân kính, đầu đỉnh

và bộ phận cản dịu bằng nam châm vĩnh cửu

Đế bằng nhựa PC gia cường bằng sợi thuỷ tinh có độ bền cách điện cao, chịu nhiệt cao và chống cháy Vỏ bằng nhựa ABS, cửa sổ bằng kính trong suốt Dưới đây là một số thông số kỹ thuật và kích thước của các loại đồng hồ

này

Hình 1.4 Kích thước của Ammeters và

Volmeters

Hình 1.5 Sơ đồ đi dây của Ammeters và

Volmeters

+) Thông số kỹ thuật của một số cam điều khiển a Thông số kỹ thuật của

Cam đo điện áp

Hình 1.6 Hình dáng tay cầm của các loại công tắc được sử dụng

Hình 1.7 Hình dáng và kích thước mặt trước

Hình 1.8 Kích thước cutout

Hình 1.9 Mạch điện của cam đo dòng điện và

người vận hành có thể dễ dàng thao tác

Hình 1.10 Bản vẽ mạch in

Hình 1.11 Kích thước mạch in

+) Giới thiệu màn hình cảm ứng HMI:

Hình 1.12 Giao diện màn hình Menu

Mỗi một bảng điều khiển của máy phát có một màn hình hiển thị LCD touch panel

LCD touch panel là màn hình vừa hiển thị vừa nhận lệnh vào nhờ ấn nhẹ ngón tay vào nút lệnh hiển thị trên màn hình

Giao diện Menu bao gồm các nút ảo chính là những đường link đến các giao diện màn hình khác như màn hình giám sát máy phát, màn hình giám sát lỗi, các biểu đồ công suất, dòng điện, điện áp…

Hình 1.13 Giao diện màn hình giám sát máy phát

Dòng trên cùng là ngày giờ hệ thống

Tiếp theo là dòng thông báo tổng công suất tiêu thụ trên lưới và điện áp lưới cũng như tần số lưới

Chọn máy chủ: Chọn máy 1 hoặc máy 2 sẽ là máy chủ khi hệ thống hoạt động

Các đèn báo chế động điều khiển là bằng tay hoặc tự động, chế độ điều khiển tự động, bán tự động, các đèn báo diesel đang khởi động, dừng, đèn báo tải nặng…

Hình 1.14 Giao diện màn hình giám vẽ đồ thị điện áp máy phát theo thời gian

Với đồ thị trên thì trục tung chính là trục điện áp (tương tự như vậy với biểu đồ dòng điện và tần số), trục hoành là trục thời gian, bất kỳ sự thay đổi, dao động nào của điện áp đều được vẽ và ghi lại

Hình 1.15 Giao diện màn hình giám sát lỗi

Với giao diện màn hình trên, các thông số cảnh báo và báo động đều được chỉ thị bằng các đèn báo, khi có lỗi xảy ra, đèn báo tương ứng sẽ sáng để báo cho người vận hành biết

1.3.3 Phân tích một số chức năng điều khiển chính trong trạm phát điện tàu thủy

+) Chức năng điều khiển bằng tay

START

START INTERLOCK NORMAL DC24V POWER

INTERRUPTION NO

ACB CONTROL SW [CLOSE]

AND YES

SYNCHROSCOPE SW [SELECT]

GOVERNOR CONT SYNCHRO DETECT

AND

ACB CONTROL SW [CLOSE]

Với chức năng này, khi muốn khởi động một tổ máy phát nào đó thì người vận hành phải thực hiện tuần tự các bước bằng tay theo đúng quy trình đã được quy định chung cũng như theo hướng dẫn của hãng sản xuất

Khi máy phát đã khởi động thành công, để thực hiện hòa đồng bộ thì người vận hành phải điều chỉnh điện áp, tần số và quan sát đồng bộ kế hoặc hệ thống đèn tắt, đèn quay để đưa ra lệnh đóng mở Aptomat của máy phát muốn hòa lên thanh cái

Khi chế độ hoạt động của máy phát đang là chế độ bằng tay Khi các máy đang công tác song song, nếu muốn dừng máy nào thì người vận hành phải chuyển tải của máy phát cần dừng đó sang những máy phát còn lại trước khi mở ACB và dừng máy bằng tay

+) Chức năng điều khiển tự động khởi động, tự động hòa động máy phát lên lưới

START

POWER SUPPLY

MODE SELECT SW

AUTO MANUAL

HEAVY LOAD DETECT YES

NO OVER CURRENT

DETECT YES NO

PREF TRIP LCD

10 SEC YES

READY TO START YL

AND

START INTERLOCK NORMAL DC24V POWER

YL

RL

DC24V POWER ACB OPEN

YES NO

VOLT BUILD-UP (3SEC) YES NO

NO YES

ENGINE OF STAND-BY GEN START SIGNAL

ABNORMAL RESET YL G/E START

within delay

Trong chức năng này, nếu để hệ thống làm việc ở “chế độ Auto” thì việc khởi động và hòa đồng bộ một máy phát đang ở trạng thái Stand – by diễn ra hoàn toàn tự động Đó là những trường hợp khi tải nặng, khi đang hoạt động mà một máy phát nào đó bị sự cố, khi mất điện toàn tàu (blackout), khi có tín hiệu yêu cầu khởi động gửi đến PMS mà bị thiếu công suất…

Trong các trường hợp nên trên, PMS sẽ tính toán và tự động gửi các tín hiệu khởi động máy phát đang ở chế độ Stand-by, điều khiển tần số và phát lệnh đóng ACB… Tất cả quá trình đều được diễn ra hoàn toàn tự động

1

AUTO SYNCHRO START

LCD AUTO SYNCHRO

ASD ABNOR 3 SEC

SIGNAL

ACB CLOSE

ACB CLOSE SIGNAL

3 TIMES

YL ABNORMAL RESET

SYNCHRO FAIL

LCD NON CLOSEACBABNORMAL RESET YL

AUTO SYNCHRO STOP

LCD AUTOSYNCHRO

GL ACB

CLOSE

RL ACB

OR OR OR

NO

YES

NO

YES NO

Hình 1.19 Thuật toán tự động khởi động khi tải nặng

+) Chức năng điều khiển tự động cắt một máy phát đang công tác song song với các máy phát khác ra khỏi lưới

Chức năng điều khiển này thường được kích hoạt trong trường hợp nhẹ tải Khi các máy phát đang công tác song song mà xảy ra hiện tượng nhẹ tải

Nếu chế độ làm việc đang ở “chế độ Auto” thì PMS sẽ điều khiển chuyển tải

từ máy phát có mức độ ưu tiên thấp nhất trong các máy đang công tác song song sang các máy phát còn lại và cắt máy phát đó ra khỏi lưới nhằm tiết kiệm nguồn nhiên liệu

START

POWER SUPPLY

MANUAL POWER CONTROL SWITCH AUTO

MODE SELECT SW AUTO MANUAL

YES AUTO LOAD SHIFT START

HIGHT POWER DETECT YES

NO

LOAD = 5%

YES NO

ACB OPEN SIGNAL

ACB OPEN

RL ACB CLOSE

WL GEN RUN

INTERRUPTION

AUTO LOAD SHIFT LCD

AUTO LOAD SHIFT STOP

LOAD SHARING &

FREQ CONTROL

END

AUTO LOAD SHIFT LCD

AUTO STOP CANCEL SW [ON]

AUTO LOAD SHIFT STOP

LOAD SHIFT LCD ENG IDLE RUNNING

ENG STOP SIGNAL

ENG STOP

END

60 SEC YES NO

OR

AND ENG STOP PB [ON]

COOL DOWN LCD

COOL DOWN LCD

GL GEN RUN

Hình 1.20 Thuật toán tự động cắt máy phát khi tải nhẹ

+) Chức năng điều khiển cắt ƣu tiên

Chức năng này được thực hiện khi quá tải các máy phát bị quá tải và trên lưới không còn máy phát nào ở trạng thái Stand-by thì sau một khoảng thời gian trễ đặt trước PMS sẽ tự động cắt những tải theo mức độ kém ưu tiên nhất ra khỏi lưới cho đến khi máy phát không còn tình trạng quá tải bằng cách gửi các tín hiệu cắt đến các cuộn Shunt-trip của các MCCB tương ứng