Đồ án Trang thiết bị điện tàu ASL-ALBATROSS – đi sâu nghiên cứu phân tích các hệ thống tích hợp trên bảng điện chính

c màu đen; công tắc lựa chọn chế độ điều khiển gồm có ba vị trí MANU-AUTO-REMOTE. + A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. + HR : Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm. *9-5 : Aptomat cấp nguồn cho bộ dự trữ. *9-6 : Aptomat cấp nguồn cho bộ dự trữ. *SCB: Aptomat cấp nguồn cho hộp điện bờ. k. S10(PANEL SỐ 10): Là PANEL khởi động số 2 (No2 GROUP STARTER PANEL).(sơ đồ trang 064) gồm có các phần tử như sau: *10-1: Bơm nước làm mát máy chính mức cao: + H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. + H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn. + H23: Đèn màu đỏ báo bơm đang gặp sự cố. + H25: Đèn màu vàng báo bơm đang ở trạng thái sẵn sàng hoạt động (STANDBY). + S21: Nút ấn khởi động bơm. + S22: Nút ấn dừng bơm. + S24: Nút ấn RESET lại hệ thống khi hệ thống gặp sự cố. + S52: Công tắc lựa chọn chế độ điều khiển gồm có ba vị trí MANU-AUTO- REMOTE. 59 + A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. + HR: Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm. *10-2: Quạt gió buồng máy: + H21: Đèn màu xanh lá cây báo quạt gió đang hoạt động. + H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn. + H24: Đèn màu đỏ báo quạt gió bị quá tải. + S21: Nút ấn khởi động quạt gió. + S22: Nút ấn dừng quat gió. + S25: Công tắc chọn vị trí điều khiển gồm có hai vị trí là từ xa và tại chỗ (LOCAL/REMOTE). + S11: Công tắc khống chế điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF. + A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua quạt gió. + HR: Đồng hồ đo thời gian hoạt động của quạt gió. *10-3: Bơm nước mặn làm mát: + H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. + H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn. + H23: Đèn màu đỏ báo bơm đang gặp sự cố. + H25: Đèn màu vàng báo bơm đang ở trạng thái sẵn sàng hoạt động (STANDBY). + S21: Nút ấn khởi động bơm. + S22: Nút ấn dừng bơm. + S24: Nút ấn RESET lại hệ thống khi hệ thống gặp sự cố. + S11: Công tắc khống chế điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF. + S52: Công tắc lựa chọn chế độ điều khiển gồm có ba vị trí MANU-AUTO- REMOTE. + A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. + HR: Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm. *10-4: Bơm nước làm mát mức thấp: + H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. + H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn. + H24: Đèn màu đỏ báo quạt gió bị quá tải. + S21: Nút ấn khởi động bơm. + S22: Nút ấn dừng bơm. + S25: công tắc chọn vị trí điều khiển(LOCAL/REMOTE). + A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. + HR: Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm. 60 *10-5: Bơm nước BALLAST: + H21: Đèn màu xanh lá cây báo bơm đang hoạt động. + H22: Đèn màu trắng là đèn báo nguồn. + H24: Đèn màu đỏ báo quạt gió bị quá tải. + HR: Đồng hồ đo thời gian hoạt động của bơm. + A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua bơm. + S21: Nút ấn khởi động bơm. + S22: Nút ấn dừng bơm. + S25:Công tắc chọn vị trí điều khiển(LOCAL/REMOTE). + S11: Công tắc khống chế điện trở sấy có hai vị trí ON/OFF. l. S11(PANEL SỐ 11): Là PANEL cấp điện áp 220V (220V FEEDER PANEL). gồm các phần tử sau: + A : Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện. + V : Đồng hồ vôn kế dùng để đo điện áp. + IRM : Đồng hồ đo điện trở cách điện. + S41 : Công tắc chọn vị trí đo dòng các pha có 4 vị trí là: OFF-R-S-T. + S42 : Công tắc chọn vị trí để đo điện áp các pha, có 4 vị trí là: OFF-RS-ST-TR. + H11 : Đèn màu trắng báo cách điện với đất của pha R. + H12 : Đèn màu trắng báo cách điện với đất của pha S. + H16 : Đèn trắng báo biến áp 1 có nguồn. + H17 : Đèn màu trắng báo biến áp 2 có nguồn. + H4 : Đèn màu đỏ báo aptomat mở. + H3 : Đèn màu xanh báo aptomat đóng. + S12 : Công tắc cấp nguồn cho bảng đèn có 2 vị trí ON/OFF. *11-5 : Aptomat chính cấp nguồn cho bảng điện đèn hàng hải. *11-6 : Aptomat cấp nguồn cho bảng phân phối đèn tín hiệu. *11-7 : Aptomat cấp nguồn cho thiết bị hàng hải 220V. *11-8 : Aptomat cấp nguồn cho bảng phân phối điện áp thấp. *11-9/11-10/11-11: Aptomat cấp nguồn cho hệ thống đèn phòng ở. *11-12/11-13: Aptomat cấp nguồn cho hệ thống đèn buồng máy. *11-14 : Aptomat cấp nguồn cho bảng phân phối điện áp thấp No6. *11-15 : Aptomat cấp nguồn cho thiết bị buồng máy. 61 *11-16 : Aptomat cấp nguồn cho phụ tải điều khiển máy chính và máy phụ buồng máy. *11-17 : Aptomat cấp nguồn cho bộ dự trữ. *11-18 : Aptomat cấp nguồn cho bộ dự trữ. *11-19 : Aptomat cấp nguồn cho aptomat, PANEL hoà đồng bộ. *11-20 : Aptomat cấp nguồn cho bộ dự trữ. *11-1 : Aptomat cấp nguồn cho hệ thống đèn bên ngoài. *11-2 : Aptomat cấp nguồn cho hệ thống đèn hành lang bên trái hầm hàng No1/2/3. *11-3 : Aptomat cấp nguồn cho hệ thống đèn hành lang bên trái hầm hàng No4/5. *11-4 : Aptomat cấp nguồn cho bảng điều khiển điện thuỷ lực. *TR1 : Aptomat cấp nguồn cho bảng biến áp 1. *TR2 : Aptomat cấp nguồn cho bảng biến áp 2. 5.3 Đo lường giám sát các thông số bảng điện chính: - Giới thiệu các phần tử có trong mạch: HR: đồng hồ đo thời gian hoạt động của máy phát. Reverse power Relay: Rơle bảo vệ công suất ngược cho máy phát. Over/sc Current relay: Rơle bảo vệ quá dòng cho máy phát. Current Converter: Bộ biến đổi dòng điện. Power Converter: Bộ biến đổi công suất. KW: Đồng hồ đo công suất của máy phát. Voltage Buit-up Relay: Rơle bảo vệ điện áp thấp. Voltmeter Switch (SA82.9): Công tắc xoay để đo điện áp các pha của máy phát, có 5 vị trí là: OFF;RS;ST;TR;BUS. Ammeter Switch(SA82.6): Công tắc xoay để chọn đo dòng điện các pha, có 4 vị trí là: O-R-S-T. A: Đồng hồ ampe kế dùng để đo dòng điện chạy qua các pha. V : Đồng hồ vôn kế dùng để đo điện áp các pha của máy phát số1 và của thanh cái. F: Tần số kế để đo tần số của máy phát và của lưới. Current Transduce: Bộ biến đổi dòng. Power Transduce: Bộ biến đổi công suất. Freq Transduce: Bộ biến đổi tần số. 62 - Hoạt động của các mạch đo: Mạch đo thời gian hoạt động của hệ thống: khi máy phát hoạt động, điện áp của máy phát được cấp đến đồng hồ đo thời gian HR đếm thời gian hoạt động của máy phát. Tín hiệu dòng và tín hiệu áp của máy phát qua bộ biến đổi dòng và bộ biến đổi công suất cấp cho đồng hồ KW để đo công suất tác dụng của máy phát. Tín hiệu dòng của máy phát thông qua công tắc S31 (Ammerter Switch) để lựa chọn đo dòng các pha R-S hoặc pha T của máy phát hoặc không đo dòng của pha nào khi nó ở vị trí 0. Công tắc xoay SA82.9 là công tắc lựa chọn có 5 vị trí để lựa chọn đo điện áp các pha RS; ST; TR; đo điện áp của thanh cái (BUS) hoặc không đo điện áp pha nào khi nó ở vị trí OFF. Tín hiệu áp thông qua công tắc lựa chọn được đưa tới đồng hồ vol kế và đồng hồ tần số kế để đo điện áp và tần số của các pha tương ứng. 5.4 Các hệ thống điều khiển trên bảng điện chính : 5.4.1 Hoà đồng bộ máy phát : Cơ sở lý thuyết: * Các điều kiện hòa cho các máy phát điện đồng bộ: - ĐK1: Điện áp máy phát cần hòa phải bằng điện áp lưới. - ĐK2: Tần số của máy phát cần hòa phải bằng tần số lưới. - ĐK3: Thứ tự pha của máy phát cần hòa phải giống thứ tự pha của lưới. - ĐK4: Góc pha ban đầu của điện áp máy phát cần hòa phải trùng với góc pha ban đầu của điện áp cùng tên của lưới điện. * Phương pháp hòa đồng bộ ta có thể chia làm hai cách: - Hòa đồng bộ chính xác. - Hòa đồng bộ thô. Hòa đồng bộ chính xác là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các điều kiện phải được thỏa mãn. Hòa đồng bộ thô là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái tất cả các điều kiện phải thỏa mãn chỉ trừ điều kiện góc pha ban đầu của điện áp lưới và máy phát định hòa chưa như nhau. *Hòa đồng bộ chính xác: Để kiểm tra các điều kiện hòa đồng bộ chính xác và chọn thời điểm đóng máy phát công tác song song ta ứng dụng các phương pháp sau: 63 - Hòa đồng bộ bằng phương pháp đèn tắt. - Hòa đồng bộ bằng phương pháp đèn quay. - Hòa đồng bộ bằng phương pháp sử dụng đồng bộ kế. Sau đây sẽ giới thiệu các phương pháp kiểm tra các điều kiện hòa đồng bộ chính xác và chọn thời điểm đóng máy phát vào công tác song song. a. Phương pháp kiểm tra hòa đồng bộ bằng phương pháp đèn tắt. Khi sử dụng hệ thống đèn tắt ta cần thực hiện như sau: - Kiểm tra sự bằng nhau của tần số lưới và tần số máy phát định hòa bằng tần số kế. - Kiểm tra sự bằng nhau của điện áp máy phát định hòa và điện áp của lưới bằng vôn kế. - Kiểm tra thứ tự pha như nhau bằng cách quan sát các bóng đèn. Đây là hệ thống đèn tắt nên khi thứ tự pha như nhau thì các bóng đèn sẽ tắt sáng đồng thời. - Kiểm tra véc tơ điện áp các pha tương ứng đã trùng là thời điểm các bóng đèn cùng tắt, và đó là thời điểm đóng máy phát lên mạng. Thực tế, các bóng đèn L1, L2 thường được sử dụng là các loại bóng đèn sợi đốt vì thế không phải chờ đến khi điện áp đặt lên nó về zero đèn mới tắt mà nó đã mất ánh sáng trước đó. Để nâng cao độ tin cậy cho thời điểm đóng aptomat, thường người ta bố trí thêm đồng hồ V0, đồng hồ này cũng chỉ giá trị hiệu dụng U nên thời điểm đóng aptomat tốt nhất là khi các đèn đã mất ánh sáng và V0 chỉ zero. Người thao tác sẽ có tính toán để trừ đi thời gian trễ do thao tác cơ khí chậm. Khi aptomat được đóng lên lưới, quá trình hòa kết thúc. G 3 ~ R S T a1 1b 1c c2b22a 1a 2a b2 b1 1c 2c L1 L2 L1 L2 0V H 5.1. Nguyên lý hòa đồng bộ chính xác bằng phương pháp đèn tắt. 64 b. Phương pháp kiểm tra hòa đồng bộ bằng phương pháp đèn quay. Hệ thống đèn quay cũng thường được ứng dụng kiểm tra các điều kiện hòa đồng bộ chính xác. Hệ thống đèn quay không những dễ dàng xác định thời điểm hòa đồng bộ mà còn giúp người vận hành xác định được tần số của điện áp máy phát định hòa lớn hơn hay nhỏ hơn tần số điện áp lưới nhờ vào chiều quay của hệ thống đèn. Hình H5.2 giới thiệu cách đấu hệ thống đèn quay. Nếu tần số của điện áp máy phát định hòa lớn hơn tần số của điện áp lưới thì đèn sẽ quay theo chiều L3 – L1 – L2 – L3 – L1 – L2. Nếu tần số của điện áp máy phát định hòa nhỏ hơn tần số điện áp lưới thì hệ thống đèn sẽ quay theo chiều L2 – L1 – L3 – L2 – L1 – L3. Vì vậy khi hệ thống đèn quay theo chiều kim đông hồ ta phải giảm nhiên liệu đưa vào diezel của máy phát định hòa. Và khi hệ thống đèn quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ ta phải tăng nhiên liệu đưa vào diezel của máy phát định hòa. Thời điểm đóng máy phát lên lưới hòa đồng bộ là thời điểm đèn L1 tắt và đèn L2 + L3 sáng như nhau. G 3 ~ R S T a1 1b 1c c2b22a V0 1L L2 3L 1a 2a 1b 2b 1c 2c L1 L2 L3 L1 L2L3 Synchronizing Lamp H 5.2. Nguyên lý hòa đồng bộ chính xác bằng phương pháp đèn quay. c. Hòa đồng bộ bằng phương pháp sử dụng đồng bộ kế. Dùng đồng bộ kế để đưa máy phát vào làm việc song song được coi là phương pháp hòa đồng bộ tin cậy nhất. Lõi từ số 1 được chế tạo như hình chữ Z đặt trong cuộn dây, cuộn dây này được nối với thanh cái mà máy phát sẽ phải công tác song song với các máy phát khác đang cấp điện cho thanh cái đó. Lõi từ 1 có thể quay quanh gối đỡ 3. Phía ngoài cuộn 2 được đặt cuộn dây 4 và 5 lệch pha nhau 1 góc 1200 điện và được đấu với máy phát định hòa. 65 Sau khi đóng mạch đưa đồng bộ kế vào hoạt động, dòng chạy trong các cuộn dây sẽ tạo thành 1 từ trường quay. Lõi từ 1 sẽ được quay theo chiều nhất định phụ thuộc vào tần số của điện áp trên thanh cái lớn hơn hay nhỏ hơn tần số của điện áp máy phát định hòa. Nếu gọi: fL là tần số của điện áp thanh cái fF là tần số của điện áp máy phát định hòa + Nếu fF > fL thì kim đồng bộ kế sẽ quay theo chiều kim đông hồ + Nếu fF < fL thì kim đồng bộ kế sẽ quay theo chiều ngược chiều kim đông hồ Tốc độ quay của kim tỷ lệ với hiệu tần số của lưới và máy phát. Tại thời điểm tần số fF = fL và các véc tơ điện áp pha tương ứng trùng nhau thì kim số 6 sẽ cố định tại vị trí 0. 5 4 2 3 6 1 2 5 6 15 4 G 3 ~ T S R H5.3. Nguyên lý hòa đồng bộ chính xác bằng phương pháp dùng đồng bộ kế. Kết luận: Quy trình hòa đông bộ chính xác có thể được thực hiện như sau: - Khởi động diezel máy phát, ổn định tốc độ quay ở mức để tần số xấp xỉ tần số định mức. - Kiểm tra xem điện áp hiệu dụng của máy phát và trên thanh cái đã bằng nhau chưa (nếu chưa bằng nhau phải điều chỉnh kích từ để điện áp bằng nhau). - Quan sát hệ thống đèn, hay đồng bộ kế, chọn đúng thời điểm đóng máy phát vào mạng. Ta cần chú ý khi hòa nên chỉnh cho tần số điện áp máy phát định hòa lớn hơn tần số của điện áp trên thanh cái một ít để khi đóng vào nó nhận ngay một lượng tải khoảng 5% công suất định mức là vừa. 66 * Hòa đồng bộ thô: Hòa đồng bộ thô là tại thời điểm đóng máy phát hầu như các điều kiện hòa đồng bộ đã thỏa mãn, chỉ trừ điều kiện véc tơ điện áp pha tương ứng của máy phát định hòa và của thanh cái chưa trùng nhau. Phương pháp này hiện nay cũng rất được phổ biến trên đội tàu thế giới vì thời gian hòa đồng bộ ngắn. Trong thời gian quá trình quá độ đóng máy phát vào công tác song song bằng phương pháp hòa đồng bộ thô sẽ gây ra một xung dòng lớn. Để giảm bớt xung dòng đó ta phải sử dụng cuộn cảm như sơ đồ sau: 1- Cầu dao 2- Aptomat 3- Cuộn cảm Hòa đồng bộ thô được tiến hành như sau: - Sau khi khởi động diezel máy phát lên đến tốc độ định mức, kiểm tra nhanh điện áp và tần số máy phát rồi lập tức đóng cầu dao 1. Khi đó máy phát đã được đóng lên thanh cái qua cuộn cảm 3. - Sau vài giây đóng aptomat 2 rồi mở cầu dao 1. Khi hòa đồng bộ thô, dòng cân bằng chạy trong cuộn dây phần ứng của tất cả các máy phát đang công tác trên cùng thanh cái, gây ra mômen quay trên rôto của máy phát. - Mômen này có tác dụng kéo roto các máy phát vào đồng bộ với nhau. Quá trình này kéo dài khoảng một vài giây, thời gian này còn phụ thuộc vào trở kháng của cuộn cảm và mômen quán tính của các máy phát. * Hoà đồng bộ máy phát số 1 của tàuASL-ALBATROSS : (Trang87-166-170) + Giới thiệu phần tử của hệ thống: - SA84.3: Nút ấn dùng để đóng áptomát của máy phát số 1 vào lưới. - S34:Công tắc chọn máy phát cần hoà vào lưới có 5 vị trí đó là: OFF-DG1-DG2- DG3-OFF. - K87.2,K87.4: Các rơle trung gian. 3 1 2 F 67 - V/V: Đồng hồ đo điện áp kép để đo điện áp của máy phát cần hoà và điện áp của thanh cái. - F/F: Đồng hồ đo tần số kép để đo tần số của máy phát cần hoà và tần số của thanh cái. - SYN: Đồng bộ kế để kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ. - SA84.3, SA101.3, SA121.3: Các công tắc lựa chọn vị trí điều khiển từ xa hoặc tại chỗ cho các máy phát. - SB170.2, SB170.4, SB170.6: Các công tắc hoà đồng bộ của các máy phát số 1,2,3. - PMSDG1, PMSDG2, PMSDG3 (page 170): Các tiếp điểm tự động hoà đồng bộ được điều khiển từ máy tính. - K170.21, K170.22, K170.23, K170.41, K170.42, K170.43, K170.61, K170.62, K170.63: Các rơle trung gian. + Hoà đồng bộ bằng tay: Ta đưa công tắc lựa chọn SA84.3 sang vị trí LOCAL. Giả sử ta cần hoà máy phát số 1 vào lưới ta đưa công tắc lựa chọn máy phát cần hoà SA166.2 sang vị trí DG1 làm cho rơle trung gian K87.4 có điện. K87.4 có điện đóng tiếp điểm K87.4(43-44) trang 087 vào làm cho K87.2 có điện. Rơle trung gian K87.4 và K87.2 có điện đóng các tiếp điểm của chúng lại đưa điện áp từ thanh cái và từ máy phát số 1 vào các đồng hồ đo, hệ thống đèn và hệ thống đồng bộ kế. Tiếp điểm K87.2 trang 084 đóng sẵn sàng cấp cho mạch điều khiển đóng mở aptomat chính. Điện áp từ thanh cái và từ máy phát số 1 được đưa tới đồng hồ vol kế kép, đồng hồ đo tần số kép, đồng bộ kế, và hệ thống đèn để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ. Khi các điều kiện hoà đồng bộ đã được thoả mãn thì: - Ta ấn nút ấn SB170.2 làm cho các rơle trung gian K170.21, K170.22, K170.23 có điện. - K170.21 có điện đóng tiếp điểm tự nuôi và mở các tiếp điểm của nó ở trang 170 ra khống chế hoà máy phát số 2 và số 3. - Các tiếp điểm của K170.22 và K170.23 đóng vào cấp điện cho khối DEIF HAS- 111DG (page 171). 68 - K170.23 có điện đóng tiếp điểm thường mở của nó ở trang 084 sẵn sàng cấp điện cho mạch đóng aptomat lên lưới và cắt aptomat ra khỏi lưới. - Khi ta ấn nút SB84.4 do K170.23 đã đóng làm cho cuộn XF có điện điều khiển đóng aptomat chính vào lưới giống như mạch điều khiển aptomat chính. Khi ta cần dừng Diesel-máy phát số1, để cắt aptomat chính của máy phát số 1 ra khỏi lưới ta san tải của máy phát số 1 sang cho các máy phát khác và sau đó ấn nút SB84.8 (page 084) để mở aptomat ra khỏi lưới. quá trình hoạt động giống như ở mạch điều khiển aptomat chính. + Tự động hòa đồng bộ: - PMS-DG1, PMS-DG2, PMS-DG3 là các tiếp điểm được đưa ra từ máy tính để điều khiển hoà đồng bộ cho các máy phát. - Khi ta bật công tắc lựa chọn SA84.3 sang vị trí REMOTE làm cho tiếp điểm SA84.3 ở 11-12 trang 170 đóng vào sẵn sàng cho quá trình tự động hoà máy phát số1. - Điện áp của lưới và điện áp của máy phát số 1 được đưa tới đồng hồ vôn kế kép, nếu điện áp máy phát 1 chưa đủ định mức thì máy tính sẽ tự động điều chỉnh điện áp phát ra bằng điện áp định mức và bằng điện áp lưới. - Việc so sánh và điều chỉnh tần số của lưới và máy phát cũng diễn ra tự động dựa vào máy tính. Giả sử nếu tần số của MF1 mà bị giảm thì bộ cảm biến tần số (Frequency Transducer) sẽ có tín hiệu đưa vào khối PMS (page 083) thì ở đầu ra của nó PMS DG1( 65-66; p089 ) đóng lại. Cuộn hút của rơle K89.4 có điện, tiếp điểm của nó K89.4( 6-10; 7-11; p089 ) đóng lại điện sẽ được cấp vào động cơ secvo( Governor ), động cơ secvô sẽ quay theo chiều để làm tăng lượng dầu vào diezel MF1 dẫn đến tần số của MF1 sẽ tăng. Đồng thời tiếp điểm của nó K89.4( 1-9; p089 ) mở ra để khống chế không cho mạch giảm nhiên liệu hoạt động. - Nếu tần số của MF1 mà bị tăng lên thì bộ cảm biến tần số (Frequency Transducer) sẽ có tín hiệu đưa vào khối PMS ( page 083 ) ‘ đầu ra PMS DG1( 63-64 ; page 089 ) đóng lại. Cuộn hút của rơle K89.3 có điện, tiếp điểm của nó K89.3 ( 6-10; 7-11; page 089 ) đóng lại, điện sẽ được cấp vào động cơ secvô theo chiều ngược lại, giảm lượng dầu vào diezel của MF1, giảm tần số của MF1. Đồng thời nó cũng làm mở tiếp điểm của nó K89.3 ( 1-9; p089 ) để khống chế mạch quay động cơ secvô theo chiều tăng lượng dầu vào DG1. - Khi các điều kiện hoà đã đủ máy tính sẽ phát lệnh hoà làm đóng tiếp điểm PMS-DG1 (71-72) (page170) làm cho các rơle K170.21, K170.22, K170.23 có điện. Tiếp điểm của các rơle này đóng vào cấp nguồn cho bộ DEIF HAS-111DG chọn thời điểm hoà để đóng máy phát lên lưới. Khi chọn được thời điểm hoà thì khối DEIF HAS-111DG sẽ đóng tiếp điểm K171.2 vào cấp điện cho rơle K171.8. Tiếp điểm của K171.8 ở page084 đóng vào cấp điện cho cuộn XF nhả chốt đóng máy phát lên lưới. 69 - Khi cần cắt máy phát số 1 ra máy tính sẽ gửi lệnh làm đóng tiếp điểm (PMS- DG1) (page 085) Làm cho rơle K85.9 có điện mở tiếp điểm của rơle K85.9 ở trang 084 ra khiến cho cuộn giữ MN của aptomat chính mất điện làm mở aptomat chính của máy phát số 1 ra khỏi lưới, quá trình cắt aptomat chính này xảy ra tương tự như khi ta ấn nút SB84.8 của của chế độ điều khiển bằng tay. * Xây dựng thuật toán hòa tự động. 0 70 5.4.2 Hệ thống điều chỉnh điện áp AVR: a. Tại sao phải ổn định điện áp cho máy phát: Tất cả những thiết bị điện là các phụ tải của máy phát điện, hay các khí cụ trang bị trong hệ thống năng lượng nói chung đều được chế tạo để công tác với cùng một điện áp nhất định gọi là điện áp định mức. Từ góc độ kinh tế, kỹ thuật, chất lượng khai thác. Khi công tác với điện áp ổn định bằng điện áp định mức các trang thiết bị điện sẽ công tác ở trạng thái tốt nhất .Chính vì vậy mọi sự sai lệch điện áp quá giới hạn cho phép đều gây ra sự công tác không ổn định, không tin cậy cho thiết bị. Mặt khác, máy phát là nguồn cung cấp điện áp có sự thay đổi điện áp lớn và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dòng tải, tính chất tải, tốc độ động cơ lai, nhiệt độ của các cuộn dây máy phát… Vì vậy vấn đề giữ ổn định điện áp cho máy phát là vấn đề rất quan trọng và không thể thiếu được trong các trạm phát điện. b. Các nguyên nhân gây dao động điện áp của máy phát đồng bộ: -Khi dòng tải của máy phát thay đổi. Giả thiết cos = const ; n = const Fa th EF It  UF U Trong đó : It : Dòng tải của máy phát. Fa : Sức điện động của phản ứng phần ứng. U : Điện áp rơi trên tổng trở của cuộn dây phần ứng. th : Từ thông tổng hợp trong máy phát. EF : Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây phần ứng. UF : Điện áp trên trụ đấu dây ra của máy phát. - Khi tính chất của tải thay đổi. Với Cos = var ; giải thiết là It = const , n = const Cos   Fa   th  Ef   UF ( với Fa : Đặc trưng cho mức độ khử từ của phản ứng phần ứng) - Khi tốc độ quay thay đổi. Với n = var ; giải thiết là Cos = const ; It = const 71 n   EF  UF ( với n là tốc độ quay của máy phát ) - Khi nhiệt độ của các cuộn dây máy phát thay đổi. Ru   U T0 UF Rkt   Ikt   EF Trong đó : T0 : Nhiệt độ cuộn dây. Ru : Điện trở thuần cuộn dây phần ứng. Rkt : Điện trở thuần cuộn dây kích từ. Ikt : Dòng kích từ. Ngoài những nguyên nhân cơ bản trên còn một số nguyên nhân phụ cũng gây ra sự dao động điện áp máy phát như: điện trở tiếp xúc giữa chổi than, vành trượt…song không đáng kể. Do vậy, bất kỳ máy phát điện đồng bộ nào cũng trang bị bộ tự động điều chỉnh điện áp. Với mục đích nâng cao độ ổn định tĩnh, động cho máy phát cũng như cho hệ thống năng lượng điện. c.Những quy định của Đăng kiểm đối với vấn đề ổn định điện áp: Xuất phát từ tầm quan trọng của vấn đề ổn áp, nên đăng kiểm của các nước có quy định rất chặt chẽ và cụ thể cho các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp. Theo quy định của Đăng kiểm một số nước trong đó có Việt Nam đang áp dụng như sau: + Chế độ tĩnh: Khi phụ tải thay đổi từ từ, từ 0  Iđm với hệ số công suất cos định mức và tốc độ quay ổn định bằng tốc độ quay định mức trong giới hạn sai số  5% thì điện áp của máy phát không được phép dao động quá  2,5% điện áp định mức. Còn khi cos thay đổi từ 0,60,9 thì sự dao động điện áp không vượt quá 3,5% điện áp định mức. + Chế độ động: Khi thay đổi tải đột ngột (tăng tải) điện áp máy phát giảm tức thời một giá trị Ud do sụt áp trong tổng trở của cuộn dây stator, sau đó điện áp tiếp tục giảm đến Umax . Trong các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp hiện đại ngày nay thì Ud  Umax. Thời gian điều chỉnh (Tđc) là thời gian được tính từ khi điện áp giảm tới khi hệ thống đã điều chỉnh điện áp trở lại đến độ chính xác  3%. Thời gian Tđc không được vượt quá 1,5s khi thay đổi tải đột ngột 60%Pđm và cos ≤ 0,4 thì sự dao động điện áp 72 không vượt quá ( - 15%  20% )Uđm. H5.4 Đặc tính điều chỉnh của bộ tự động điều chỉnh điện áp d. Các nguyên lý điều chỉnh điện áp: + Hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch. Đây là hệ thống tự động điều chỉnh không cần quan tâm đến nguyên nhân gây ra sự dao động điện áp. Hệ thống sẽ đo trực tiếp điện áp của máy phát, nếu có sai lệch khỏi giá trị Uđm lập tức hệ thống sẽ đưa ra tín hiệu để điều chỉnh dòng kích từ làm cho điện áp trở về giá trị định mức. Vì vậy ta gọi đây là hệ thống vạn năng, vì bất cứ một nguyên nhân gì gây ra sự sai lệch điện áp của máy hệ thống đều có tín hiệu điều chỉnh. Hệ thống phản hồi theo độ lệch chỉ có một phản hồi điện áp. Từ sơ đồ khối ta thấy rằng: Điện áp thực của máy phát đưa đến phần tử so sánh để so sánh với điện áp chuẩn Uo tạo tín hiệu điều khiển U, tín hiệu này được khuếch đại qua bộ khuếch đại thực hiện để đưa đến chỉnh lưu cấp cho cuộn kích từ. U0 : Điện áp chuẩn. SS : Bộ so sánh. Uf : Điện áp máy phát. KD : Bộ khuyếch đại. 73 G Kt CL Uf ss U0 KD U CL Kt G a, b, H5.5 Sơ đồ nguyên lý (a) và sơ đồ khối (b) hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch Hệ thống có thể được xây dựng bằng các phần tử điện tử hoặc dựa trên các phần tử mạch từ. * Ưu điểm của hệ thống: Hệ thống có độ chính xác tĩnh cao và tính chất điều chỉnh tốt, tự kích ban đầu dễ dàng, đơn giản, có kích thước và khối lượng nhỏ, nhất là các hệ thống sử dụng các phần tử điện tử. * Nhược điểm của hệ thống: Tính ổn định động rất kém và chỉ có một phản hồi điện áp nên không thể đáp ứng yêu cầu khởi động trực tiếp các động cơ điện có công suất tương đối lớn trên tàu. Vì vậy đối với các trạm phát trang bị hệ thống tự động điều chỉnh điện áp loại này thì các động cơ có công suất tương đối lớn cần được áp dụng các biện pháp khởi động nhằm làm giảm dòng khởi động. + Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn. - Hệ thống phức hợp dòng: Hệ thống phức hợp dòng là hệ thống mà tín hiệu áp và tín hiệu dòng cộng lại với nhau phía một chiều (sau chỉnh lưu). Bd G Kt CL Bd : Biến dòng CL : Chỉnh lưu Kt : Kích từ. G : Máy phát. H5.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phức hợp dòng. 74 Với cấu trúc như vậy hệ thống chỉ có thể cảm biến được với sự thay đổi độ lớn của dòng tải. Nói cách khác hệ thống phức hợp dòng chỉ có khả năng giữ ổn định điện áp của máy phát do một nguyên nhân thay đổi cường độ dòng tải. Còn các nguyên nhân khác gây mất ổn định điện áp thì hệ thống này không giữ được ổn định. Hệ thống này có cấu trúc đơn giản, độ chính xác thấp nên không được sử dụng trên tàu thuỷ. - Hệ thống phức hợp pha: Hệ thống phức hợp pha là hệ thống mà tín hiệu áp và tín hiệu dòng được cộng lại với nhau phía xoay chiều (trước chỉnh lưu). Nên có khả năng ổn định điện áp do hai nhiễu chính gây ra là sự thay đổi cường độ của dòng tải và tính chất tải thay đổi. Hệ thống phức hợp pha được chia thành hai loại: * Hệ thống phức hợp pha song song: Là hệ thống phức hợp pha có tín hiệu dòng và tín hiệu áp song song cấp cho cuộn kích từ (tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng dòng với nhau). Tín hiệu dòng được lấy qua biến dòng (Bd); tín hiệu áp được lấy qua cuộn cảm (CC) có nhiệm vụ làm lệch pha tín hiệu áp và tín hiệu dòng một góc 900. It = Vt.I : Dòng thứ cấp biến dòng. Vt : Hệ số truyền đạt. It : Dòng tải máy phát. U : Điện áp của máy phát. Icc : Dòng đi qua cuộn cảm. Ikt : Dòng kích từ. Rz : Trở kháng tương đương cuộn kích từ. Bd F CL CC kt V .It I t a b Ikt Icc Xcc Rz U H5.7 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ tương đương hệ thống phức hợp pha song song 75 Từ sơ đồ tương đương bằng phương pháp tính điện áp hai nút ta có: ccZ cc t ccZ kt Z Zcc cc t kt Zcc cc t ab jXR jX IV jXR U I R R 1 jX 1 jX 1 UIV I R 1 jX 1 jX 1 UIV U                 . . ... H5.8 Sơ đồ vectơ hệ thống phức hợp pha song song. * Hệ thống phức hợp pha nối tiếp: Là hệ thống phức hợp pha mà tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng nối tiếp cấp cho cuộn kích từ (cộng áp). Từ sơ đồ tương đương bằng phương pháp tính điện áp hai nút ta có: tZ t t tZ kt jXR jX IV jXR U I     .. Bd F CL kt V .It I t a b Ikt Xt Rz U Xt H5.9 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ tương đương hệ thống phức hợp pha nối tiếp 76 Từ hai biểu thức tính dòng kích từ của hai hệ thống trên ta thấy chức năng của cuộn cảm Xcc trong sơ đồ song song được thay thế bằng cuộn Xt trong sơ đồ nối tiếp. Vì vậy hệ thống này có khả năng làm thay đổi dòng Ikt khi dòng tải thay đổi và tính chất của tải thay đổi. * Kết luận: Hệ thống phức hợp pha nối tiếp và song song có khả năng giữ ổn định điện áp khi dòng tải và tính chất tải thay đổi. Hệ thống phức hợp pha có rất nhiều ưu điểm: cấu trúc của hệ thống đơn giản, tuổi thọ cao, độ bền và độ tin cậy cao, nó có khả năng cường kích lớn, có khả năng ổn định động rất tốt nên rất phù hợp với điều kiện công tác trên tàu thuỷ. Tuy nhiên hệ thống phức hợp pha có những nhược điểm là: độ chính xác điều chỉnh thấp, hệ thống cồng kềnh, khả năng tự kích ban đầu kém. - Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp: Do mức độ điện khí hoá và tự động hoá trên tàu thuỷ ngày càng cao nên việc ứng dụng các phần tử điện tử, vi mạch, tin học ngày càng nhiều và chất lượng ổn định điện áp máy phát ngày càng đòi hỏi cao hơn. Để lợi dụng những ưu điểm của hai nguyên lý điều chỉnh điện áp theo nhiễu và độ lệch, người ta đã chế tạo ra được hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp. Hệ thống điều chỉnh theo nguyên tắc kết hợp có thể phân làm 2 loại : Hệ thống kết hợp giữa phức hợp pha và độ lệch Hệ thống kết hợp giữa phức hợp dòng và độ lệch. H5.10 Hê thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp. 77 e. Hệ thống điều chỉnh điện áp tàu ASL-ALBATROSS: (Sơ đồ trang 091) Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp được lắp đặt trên tàu 53000 tấn ASLALBATROSS áp dụng nguyên lý điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc điều chỉnh theo độ lệch. Bộ AVR này sẽ tự động điều chỉnh điện áp trở về Uđm và giữ điện áp của máy phát ổn định ở giá trị định mức. Máy phát chính là loại máy phát không chổi than có máy kích từ lấy dòng kích từ từ bộ tự động điều chỉnh điện áp (bộ AVR). Ngoài ra hệ thống điều chỉnh điện áp còn thực hiện quá trình tự động phân bố tải vô công khi các máy phát công tác song song với nhau. * Các phần tử chính của hệ thống: - CB : Aptomat chính cấp điện lên thanh cái. - CCT : Biến dòng một pha (S). - VAD : Biến trở điều chỉnh điện áp máy phát. - ACG : Máy phát đồng bộ ba pha không chổi than: 10P-680KW-450V-60Hz -0,8PF-1091A - EX : Máy phát kích từ xoay chiều phát ra điện áp xoay chiều qua cầu chỉnh lưu biến đổi thành dòng một chiều cấp cho cuộn kích từ của máy phát chính. - PMG : Máy phát xoay chiều cấp điện cho bộ AVR (máy kích từ phụ cấp nguồn cho cuộn kích từ của máy kích từ chính). - SH : Điện trở sấy cho cuộn dây máy phát có đầu vào là H1, H2 lấy điện áp 220V từ nguồn. - RS : Điện trở bảo vệ cho cuộn kích từ của máy phát kích từ. - JK : Cuộn dây kích từ của máy phát kích từ. - AVR : Bộ hiệu chỉnh điện áp của máy phát có các đầu vào ra như sau: + Chân 1-3 là các đầu đưa tới bộ chiết áp VOLTAGE TRIM POT. + Chân C1, C2 lấy tín hiệu dòng tải pha S thực hiện phân bố tải vô công. + Chân U, V, W lấy tín hiệu áp 3 pha R, S, T của máy phát để thực hiện hiệu chỉnh. + Chân C3, C4 là cửa đưa tín hiệu dòng ra. Các cửa này được nối với các chân C3, C4 trong bộ AVR của các máy phát còn lại. Đầu ra của các chân này được khống chế bởi tiếp điểm phụ của aptomat chính, khi aptomat máy phát đóng thì nó mở ra để có thể công tác song song, đây chính là dây nối thực hiện phân bố tải vô công. + Chân J, K là đầu ra đã được biến đổi thành dòng một chiều đưa tới cuộn kích từ của máy phát kích từ. 78 + Chân U1, V1, W1 cấp điện từ máy phát kích từ phụ đến AVR. + Chân E tiếp mát bảo vệ. * Nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp: - Quá trình tự kích ban đầu: Do đặc điểm của hệ thống có một máy phát kích từ phụ nên quá trình tự kích ban đầu diễn ra rất dễ dàng. Khi diezel lai máy phát hoạt động thì nó cũng lai máy phát kích từ phụ. Do roto của máy kích từ phụ là một nam châm vĩnh cửu nên khi máy quay làm xuất hiện một sức điện động dẫn đến máy kích từ phụ này sẽ phát ra một điện áp đưa đến chân U1,V1,W1 của khối tự động điều chỉnh điện áp AVR và từ chân J, K đưa đến cuộn kích từ JK của máy kích từ. Như vậy điện áp của máy phát sẽ nhanh chóng đạt khoảng 60  70% Uđm. Lúc này mạch ổn định điện áp sẽ hoạt động để đưa điện áp của máy phát bằng giá trị Uđm giống như khi điện áp thấp. - Quá trình tự động điều chỉnh điện áp của bộ AVR: Giả sử máy phát đang công tác với điện áp là định mức Uđm. Ta đột ngột đóng thêm tải cho máy phát thì điện áp của máy phát lập tức giảm xuống nhỏ hơn định mức. Khi đó tín hiệu điện áp và tín hiệu dòng điện của máy phát được đưa tới tác động vào bộ AVR tác động làm tăng dòng kích từ của máy phát lên vì vậy làm cho điện áp của máy phát tăng lên đến giá trị định mức. Quá trình ngắt bớt tải đột ngột cho máy phát cũng xảy ra tương tự như khi ta đóng thêm tải vào lưới. Ta đột ngột cắt bớt tải tải cho máy phát thì điện áp của máy phát lập tức tăng lên lớn hơn định mức. Khi đó tín hiệu điện áp và tín hiệu dòng điện của máy phát được đưa tới tác động vào bộ AVR tác động làm giảm dòng kích từ của máy phát xuống vì vậy làm cho điện áp của máy phát giảm xuống đến giá trị định mức. 5.4.3 Tự động phân chia tải vô công cho các máy phát công tác song song: Việc phân chia tải vô công cho các máy phát công tác song song trên tàu 53000 tấn sử dụng phưong pháp điều chỉnh độ nghiêng đặc tính ngoài. phương pháp thực hiện như sau: 79 Hình 5.11 Phân bố tải vô công giữa các máy phát khi công tác song song. TA81.24 là biến dòng lấy tín hiệu dòng của máy phát, cuộn thứ cấp của biến dòng được nối với hai đầu C1-C2 của bộ AVR. Các đầu C3-C4 của bộ AVR được nối nối tiếp với các đầu C3-C4 của bộ AVR các máy phát khác như hình vẽ trên. Giả sử máy phát số 1 công tác độc lập (chí có máy phát số1 cấp nguồn lên lưới) thì các tiếp điểm của K105.21 và K125.21 sẽ đóng lại làm cho cuộn C3-C4 của bộ AVR1 ngắn mạch, máy phát một công tác độc lập. Khi các máy phát công tác song song với nhau thì các tiếp điểm của K85.21, K105.21 và K125.21 đều mở ra làm cho dòng chạy trong cuộn C3-C4 bộ AVR của mỗi máy phát không những phụ thuộc vào dòng của máy phát đó mà còn phụ thuộc vào dòng của các máy phát khác. Gỉa sử dòng của máy phát số1 là lớn nhất do nhận nhiều tải vô công nhất thì sẽ làm cho dòng trong C3-C4 của máy phát số 1 là lớn nhất, lúc này sẽ xuất hiện dòng chạy trong dây cân bằng sang các cuộn C3-C4 của các máy phát khác vì vậy làm cho sự thay đổi dòng kích từ của mỗi máy phát là như nhau. Các máy phát sẽ được tự động phân chia tải vô công đều nhau. S2 S1 S1 S2 G3 G1 QF-DG1 G2 QF-DG1 QF-DG1 S2 S1 K85.21 AVR1 AVR2 AVR3 TA81.24 K105.21 K125.21 80 Như vậy sự thay đổi tải vô công của máy này luôn được máy kia cảm nhận thông qua biến dòng, nhờ đó luôn đảm bảo được sự cân bằng tải vô công giữa các máy phát khi công tác song song. 5.4.4 Mạch điều chỉnh tần số và phân chia tải tác dụng cho các máy phát: Phân bố tải tác dụng cho các máy phát công tác song song được quyết định bởi đặc tính cơ của bộ điều tốc của động cơ truyền động cho máy phát. Ở đây sự phân bố tải tác dụng cho trường hợp hai máy cùng công suất công tác song song. Muốn phân bố tải tác dụng đều giữa hai máy, đặc tính của bộ điều tốc phải giống hệt nhau. Trường hợp đặc tính của hai bộ điều tốc khác nhau thì sự phân bố tải sẽ khác nhau. Sau khi đóng máy phát đồng bộ vào công tác song song ta phải tiến hành phân bố tải tác dụng cho chúng. Muốn vậy ta phải tác động đến bộ điều tốc tức là thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào máy. Thực chất khi thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào máy (mà vẫn phải giữ cho f = const) ta sẽ thay đổi được gì để dẫn đến thay đổi tải tác dụng của máy phát. Giả sử ta có máy phát cực ẩn qua đường cáp đưa lên thanh cái như hình sau: Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ tương đương, đồ thị véctơ của máy phát đồng bộ cực ẩn. 81 Từ đồ thị véctơ ta có công suất tác dụng tính cho một pha của máy phát là:  Sin X U.E PCos.I.UP P  vì I.XP. Cos = E.Sin Từ phương trình trên ta thành lập được đặc tính công suất của máy phát: . Từ đồ thị ta thấy việc tăng công suất truyền đạt của máy phát khi E và U không đổi chỉ thực hiện được bằng cách thay đổi góc . Góc  biểu thị vị trí của rôto trong không gian. Đó là góc lệch giữa các trục của từ trường do stato gây ra hoặc nó là góc lệch giữa véctơ E và véctơ U. Như vậy trong quá trình phân chia tải tác dụng hay thay đổi lượng dầu vào động cơ truyền động chính là thay đổi góc . Khi máy phát nhận thêm tải tác dụng, điện áp giảm, bộ tự động điều chỉnh điện áp phải điều chỉnh tăng dòng kích từ giữ cho U = const và như vậy là E tăng lên. Từ biểu thức : Sin X U.E P P  . Nếu E tăng và  tăng (trong giới hạn từ 00 đến 900) thì sẽ làm cho P tăng lên. Tuy nhiên ta thấy rằng nếu điểm công tác của máy phát nằm trong khoảng mà  = 00  900 tức là dp/d > 0 thì hệ thống mới ổn định. Còn khi  = 900  1800 tức là dp/d < 0 thì hệ thống sẽ mất tính ổn định. - Giới thiệu các phần tử của mạch: SA89.2 : Công tắc điều khiển có ba vị trí là: LOWER-OFF-RAISE. REC89.1: Bộ biến đổi từ nguồn xoay chiều lấy từ máy phát qua biến áp thành nguồn 1 chiều cấp cho mạch điều chỉnh lượng nhiên liệu vào Diesel. - PMSDG1 (63-64, 65-66): Các tiếp điểm điều chỉnh được điều khiển từ máy tính. - K89.3, K89.4: Các rơle trung gian. - M: Động cơ servo là loại động cơ 1 chiều 24V; 20W. 82 - Nguyên lý hoạt động của mạch: Để thay đổi tần số của máy phát khi máy phát công tác độc lập và thay đổi lượng tải tác dụng khi các máy phát công tác song song ta chỉ việc thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho Diesel bằng cách điều khiển động cơ servo tác động lên thanh răng nhiện liệu. Nguồn xoay chiều từ máy phát số 1 qua biến áp và bộ chỉnh lưu biến đổi thành điện áp một chiều 24V cấp cho mạch điều khiển và động cơ sẵn sang hoạt động. * Điều chỉnh tần số và phân bố tải tác dụng bằng tay: Khi tần số của máy phát thấp hoặc nhận ít tải tác dụng ta đưa tay điều khiển SA89.2 về vị trí RAISE thì điện áp được cấp cho rơle K89.4. Rơle này có điện làm cho tiếp điểm K89.4(1-9) mở ra khiến rơle trung gian K89.3 không thể có điện, đồng thời đóng các tiếp điểm K89.3(7-11 và 6-10) cấp nguồn 24V cho động cơ servo hoạt động đưa nhiên liệu vào máy nhiều hơn làm cho tần số của máy phát tăng lên hay máy phát sẽ nhận nhiều tải tác dụng hơn. Khi tần số của máy phát cao hoặc nhận nhiều tải tác dụng ta đưa tay điều khiển SA89.2 về vị trí LOWER thì điện áp được cấp cho rơle K89.3. Rơle này có điện làm cho tiếp điểm K89.3(1-9) mở ra khiến rơle trung gian K89.4 không thể có điện, đồng thời đóng các tiếp điểm K89.4(7-11 và 6-10) cấp nguồn 24V cho động cơ servo hoạt động theo chiều ngược lại đưa nhiên liệu vào máy ít hơn làm cho tần số của máy phát giảm xuống hay máy phát sẽ nhận ít tải tác dụng hơn. Khi hai máy phát đang công tác song song với nhau mà phân bố tải tác dụng không đều. để phân bố lại tải tác dụng cho hai máy phát ta đưa tay điều khiển lượng nhiên liệu của máy phát nhận nhiều tải tác dụng hơn sang vị trí LOWER và đưa tay điều khiển của máy nhận ít tải tác dụng hơn sang vị trí RAISE cho tới khi tải tác dụng của hai máy cân bằng nhau thì dừng lại. * Tự động điều chỉnh tần số và phân chia lại tải tác dụng bằng máy tính: Khi tần số của máy phát số 1 thấp hoặc nhận ít tải tác dụng, máy tính sẽ cảm biến và phát lệnh điều khiển làm đóng tiếp điểm PMSDG1 (65-66) vào làm cho rơle K89.4 có điện cấp điện cho động cơ servo tăng nhiên liệu vào máy tương tự như ta đưa tay điều khiển sang vị trí RAISE. Khi tần số của máy phát số 1 cao hoặc nhận ít nhiều tải tác dụng, máy tính sẽ đóng tiếp điểm PMSDG1 (63-64) vào làm cho rơle K89.3 có điện cấp điện cho động cơ servo giảm nhiên liệu vào máy tương tự như ta đưa tay điều khiển sang vị trí LOWER. 83 Khi hai máy phát công tác song song máy tính sẽ tự động giám sát và điều chỉnh lượng nhiên liệu vào hai máy để lượng tải tác dụng của hai máy là cân bằng nhau. 5.5 Các hệ thống bảo vệ trong bảng điện chính : 5.5.1 Bảo vệ công suất ngược cho máy phát (trang 082): - Nguyên nhân: + Do gián đoạn việc cung cấp dầu cho động cơ diesel hoặc hỏng khớp nối giữa máy phát và động cơ truyền động. + Đối với máy phát một chiều còn do sự mất điện áp của máy phát. - Hậu quả: + Gây quá tải cho máy phát còn tải, có thể dẫn đến cắt toàn bộ các máy phát ra khỏi mạng. + Gây quá tốc cho động cơ diesel trong trường hợp chế độ công tác được phục hồi. - Bảo vệ công suất ngược nhất thiết phải có phần tử cảm biến với chiều của công suất, phần tử đó gọi là bộ nhạy pha. Trên tàu hiện nay được ứng dụng ba loại là: + Rơle công suất ngược loại cảm ứng. + Rơle công suất ngược có biến áp nhạy pha. + Rơle công suất ngược bán dẫn. * Khi máy phát xảy ra hiện tượng công suất ngược quá ngưỡng đặt của rơle bảo vệ công suất ngược thì rơle bảo vệ công suất ngược sẽ hoạt động gửi tín hiệu tới làm cho rơle K82.2 có điện. sau thời gian trễ là 10 giây thì tiếp điểm của K82.2 ở trang 085 sẽ đóng vào làm cho rơle K85.5 có điện, làm cho: Tiếp điểm của K85.5 ở trang 085 đóng vào là cho rơle K85.7 có điện. Tiếp điểm của K85.5 ở trang 093 đóng vào đưa tín hiệu vào khối điều khiển báo máy phát bị công suất ngược. Tiếp điểm của K85.5 ở trang 242 đóng vào đưa tín hiệu vào máy tính điều khiển đèn báo và chuông báo máy phát bị công suất ngược. Tiếp điểm của K85.7 ở trang 085 đóng vào để duy trì K85.7 có điện. Tiếp điểm của K85.7 ở trang 084 mở ra làm cho cuộn giữ MN mất điện làm cho aptomat chính của máy phát mở ra. Tiếp điểm của K85.7 ở trang 086 đóng vào cấp điện cho đèn S6 sáng (S6 là nút ấn có đén đùng để reset aptomat chính của máy phát khi sảy ra sự cố). 84 Tiếp điểm của K85.7 ở trang 093 đóng vào đưa tín hiệu báo aptomat của máy phát số 1 đã được mở ra do sự cố. Để điều khiển đóng được aptomat máy phát số1 vào lưới sau khi bị sự cố thì ta phải ấn nút reset SB85.7 để reset lại mạch điều khiển aptomat. 5.5.2 Mạch bảo vệ quá tải cho máy phát: - Nguyên nhân dẫn đến quá tải cho máy phát: + Tự cắt hoặc tự động cắt một hoặc vài máy phát khi đang công tác song song. + Khởi động trực tiếp các động cơ dị bộ có công suất lớn. + Tự khởi động hoặc gia tốc các động cơ dị bộ sau khi đã loại trừ điểm ngắn mạch của hệ thống. + Quá tải của những động cơ có công suất lớn. + Phân bố tải không đều giữa các máy phát khi công tác song song. - Hậu quả của quá tải: + Có thể cắt máy phát ra khỏi mạng dẫn đến làm gián đoạn việc cung cấp điện cho các phụ tải. + Dòng quá tải sẽ làm tăng nhiệt độ của máy phát vượt quá nhiệt độ cho phép dẫn đến làm già hóa chất cách điện. + Khi máy phát bị quá tải thì sẽ tự động cắt bớt một số thiết bị hiện đang công tác. - Mức dòng quá tải: + Máy phát thường cho phép dòng quá tải đến 1,1 lần dòng định mức trong thời gian dài (15 phút). + Khi dòng quá tải nằm trong giới hạn từ 1,1 đến 1,5 dòng định mức thì aptomat phải hoạt động cắt máy phát với độ trễ thời gian tương ứng. + Khi dòng quá tải bằng 1,5 lần dòng định mức thì thời gian cắt không quá 15 giây đối với máy phát một chiều và 2 phút đối với máy phát xoay chiều. + Khi dòng quá tải lớn hơn 1,5 lần dòng định mức thì coi đó là dòng ngắn mạch và thiết bị bảo vệ ngắn mạch phải hoạt động. - Trên tàu thường cấu trúc bảo vệ quá tải như sau: + Khi máy phát bị quá tải nhẹ có thể báo động bằng chuông hoặc còi. + Khi dòng quá tải nằm trong giới hạn từ 1,1 đến 1,5 dòng định mức sẽ có tín hiệu đến để cắt các phụ tải không quan trọng. Cuối cùng mới đưa tín hiệu đến cắt máy phát 85 * Bảo vệ quá tải trên tàu 53000tấn : Khi máy phát bị quá tải thì bộ RMC-122D (Over/sc current relay) hoạt động làm cho rơle K82.3 có điện. Nếu máy phát bị quá tải nhỏ thì sau 20 giây tiếp điểm của K82.3 ở trang 182 sẽ đóng vào làm cho rơle K182.2 có điện. K182.2 có điện đóng các tiếp điểm của nó vào. Tiếp điểm của K182.2 ở trang 185 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat cấp điện cho một số phụ tải, làm cắt một số phụ tải không quan trọng ra khỏi lưới. Các tiếp điểm của K182.2 ở các trang 192 và 242 sẽ đảo trạng thái để đưa tín hiệu báo quá tải của máy phát tới các mạch điều khiển đèn và máy tính báo máy phát bị quá tải. Nếu máy phát vẫn chưa hết quá tải thì sau thời gian trễ, tiếp điểm thời gian của K182.2(67-68) trang 182 sẽ đóng vào làm cho role K182.5 có điện, K182.5 có điện làm cho: Tiếp điểm của K182.5 ở các trang 184, 185, 186 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat, ngắt bớt một số phụ tải ra khỏi lưới. Các tiếp điểm của K182.5 ở các trang 192 và 242 đảo trạng thái đưa tín hiệu báo quá tải tới các đèn báo và máy tính. Từ khối điều khiển sẽ gửi tín hiệu tới đèn báo quá tải và chuông báo quá tải cho máy phát. Nếu máy phát bị quá tải lớn thì ngay lập tức tiếp điểm K82.3 ở trang 093 sẽ đóng lại đưa tín hiệu vào khối No1 D/G PMS INTERFOCA để điều khiển ra lệnh mở aptomat chính của máy phát số1 ra khỏi lưới đồng thời đưa tín hiệu tới báo động quá tải cho máy phát bằng đèn và còi. 5.5.3 Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát: Phương pháp hay dùng nhất để bảo vệ ngắn mạch là kết hợp aptomat và cầu chì :: - Khi ứng dụng aptomat cổ điển và aptomat chọn lọc để bảo vệ ngắn mạch cho máy ta nhận thấy rằng: Do trong cấu trúc của hai loại trên không có phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động của chúng nên cho dù dòng ngắn mạch lớn đến đâu chăng nữa thì chúng chỉ có khả năng hoạt động với thời gian nhanh nhất là bằng tb = 0,01  0,03s. Điều đó thật bất lợi, vì nếu dòng ngắn mạch I > I3 mà sau thời gian tb mới cắt thì quá chậm và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho hệ 86 thống. - Do vậy ta có thể kết hợp giữa aptomat và cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho những trường hợp ta vừa ví dụ ở trên. - Khi kết hợp đúng giữa aptomat và cầu chì sẽ tạo ra được thời gian cắt mạch t < tb vì lúc này cầu chì sẽ được hoạt động trước. 1 , 2 : Đặc tính của aptomat cổ điển . 3 : Đặc tính của cầu chì kết hợp . 4 : Giới hạn sức bền của phần tử nhiệt . - Cầu chì phải được chọn sao cho đặc tính t = f(I) của nó phải đi qua điểm b, bằng cách chọn như vậy khi dòng lớn hơn I3 cầu chì sẽ hoạt động bảo vệ trước aptomat. - Tất cả các loại aptomat trên đều đáp ứng đủ các yêu cầu quy định của đăng kiểm và cơ quan quy chuẩn thiết bị. Do vậy để bảo vệ cho máy phát là vô cùng quan trọng. Đối với máy phát có thể các loại bảo vệ khác không có nhưng nhất thiết bảo vệ ngắn mạch phải có. Trên tàu 53000 tấn việc bảo vệ ngắn mạch cho máy phát người ta dùng cầu chì và aptomat chính. Cầu chì thường được dùng để bảo vệ ngắn mạch ở các mạch đo và mạch điều khiển. 87 Aptomat thường được sử dụng để bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực và mạch chính, hoạt động bảo vệ như sau: Tín hiệu dòng được lấy từ ba pha R-S-T của máy phát đưa tới bộ chuyển đổi dòng điện PA83.2 (page 083). Khi có hiện tượng ngắn mạch thì dòng điện của máy phát sẽ tăng lên rất lớn. các biến dòng sẽ cảm nhận được tín hiệu dòng lớn này đưa tới bộ chuyển đổi PA83.2 làm cho đầu ra của khối chuyển đổi PA83.2 xuất hiện tín hiệu đưa tới khối PMS. Khối điều khiển PMS điều khiển đóng tiếp điểm PMSDG1 (67-68) trang 085 cấp điện cho rơle K85.9 làm cho tiếp điểm của K85.9 ở trang 084 mở ra ngắt điện cấp cho cuộn giữ MN của aptomat chính làm aptomat chính mở ra ngắt máy phát ra khỏi lưới. 5.5.4 Bảo vệ tần số thấp cho trạm phát: (trang 083): Tín hiệu áp của máy phát từ trang 081 được đưa vào chân 17-18 của khối Freq.Transducer (FT83.2), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào đầu 3-4 của bộ PMS.X1. Khi tần số của máy phát nhỏ hơn tần số cho phép thì có tín hiệu từ bộ chuyển đổi FT83.4 đưa đến bộ PMS khi đó bộ PMS sẽ đóng tiếp điểm của nó ở trang 085 vào làm cho rơle K85.9 có điện. rơle K85.9 có điện làm cho: Tiếp điểm K85.9 ở trang 084 mở ra làm cho cuộn giữ MN của aptomat chính mất điện, aptomat chính của máy phát không thể đóng được vào lưới. Tiếp điểm K85.9 ở trang 085 mở ra làm cho không thể reset được aptomat chính khi tần số của máy phát vẫn thấp. Khi tần số của máy phát gần bằng định mức thì khối PMS sẽ mở tiếp điểm của nó ra làm cho rơle K85.9 mất điện mạch điều khiển trở lại hoạt động bình thường. 5.5.5 Mạch bảo vệ điện áp thấp: - Tín hiệu áp của máy phát được đưa vào các chân B2, C, A1, A2 của bộ Voltage Built Uprelay. Khi tín hiệu điện áp của máy phát lớn hơn tín hiệu đặt là 95%Uđm thì có tín hiệu điều khiển làm cho rơle K82.8 có điện, sau thời gian trễ đóng tiếp điểm K82.8 ở trang 084 để sẵn sàng cấp điện cho mạch đóng aptomat chính lên lưới ở chế độ tự động. Nếu điện áp của máy nhỏ hơn 95% Uđm thì tiếp điểm của K82.8 mở ra ta không thể điều khiển tự động đóng ACB máy phát chính lên lưới. 88 KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp của em hoàn thành được các nội dung và yêu cầu đề tài đúng thời gian quy định. Nội dung đồ án có hai phàn chính sau: Phần 1: Tổng quan về tàu ASL-ALBATROSS. Trong phần này em giới thiệu các kích thước chính, các thông số kỹ thuật,công suất của tàu. Qua đó giúp cho người đọc hình dung sơ lược về con tàu. Phần 2 : Trang thiết bị điện tàu ASL-ALBATROSS. Phàn này em đi tìm hiểu nghiên cứu một số hệ thống đặc trưng trên tàu như : hệ thống điều khiển Diesel-Generator, các hệ thống bơm, hệ thống lái. Phần 3: Đi sâu nghiên cứu, phân tích các hệ thống tích hợp trên bảng điện chính. Em đã trình bày được những yêu cầu chung của bảng điện chính. Sau đó em đi nghiên cứu các hệ thống trên bảng điện chính của tàu ASL-ALBATROSS như : hệ thống đo lường giám sát, hệ thống bảo vệ, mạch điều chỉnh tần số, phân chia tải tác dụng, phân chia tải vô công. Trong mạch hoà đồng bộ máy phát em đi tìm hiểu kỹ và sâu hơn về các phương pháp hoà đồng bộ trên tàu thuỷ mà các nước tiên tiến vẫn hay dùng Việc nghiên cứu thêm về lý thuyết giúp em dễ dàng đọc và hiêu các sơ đồ mạch điện trên tàu. Việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động ,các cánh thức làm việc của từng hệ thống cũng thuận tiện hơn. Đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành nhưng không tránh khỏi thiếu sót rất mong được sự góp ý của các thầy và các bạn sinh viên để đồ án của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn :Ths Kiều Đình Bình và các thầy cô giáo trong Khoa điện- Điện tử tàu biển đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Minh Long 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tác giả: Ks.Bùi Thanh Sơn Trạm phát điện tàu thuỷ Nhà xuất bản Giao thông vận tải Hà Nội -2000 [2] Tác giả : Ks. Lưu Đình Hiếu Truyền động điện tàu thuỷ Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam- 1998 [3] Tác giả : Bùi Văn Chới Bùi Tiến Hữu Nguyễn Tiến Tôn Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội -2002 [4] Tác giả : Nguyễn Bính Điện tử công suất lớn Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội- 2000 [5] Tài liệu kỹ thuật tàu 53000 tấn Công ty đóng tàu Nam Triệu