Đồ án Trang thiết bị điện tàu container B170 – đi sâu nghiên cứu trạm phát điện chính

002Q1: Áptômát cấp nguồn 440V từ bảng điện sự cố - T1-3: Biến dòng - T1: Biến dòng - 1001P1,1002P1: Đồng hồ ampe kế - 1001P2: Đồng hồ vôn kế - 1012P1: Đồng hồ vôn kế kép - 1012P2: Đồng hồ tần số kép - 1012P3: Đồng bộ kế - 1013P1: Đồng hồ vôn kế Panel số11: Là panel cấp nguồn điều khiển cho điezel lai máy phát số ba Các phần tử và các thông số kĩ thuật như máy phát số một va số hai Panel số 12: Là panel cấp nguồn 440V cho các phụ tải Các phần tử trong sơ đồ số L21201 - 1201Q1: Áptômát cấp nguồn cho tời thang tại bảng 1D - 1202Q1: Áptômát cấp nguồn cho quạt gió của lò đốt rác - 1203Q1: Áptômát cấp nguồn cho các thiết bị buồng máy tại bảng 2P - 1204Q1: Áptômát cấp nguồn cho thiết bị nâng hạ xuồng cứu sinh - 1205Q1: Áptômát cấp nguồn cho thiết bị sấy và sinh hoạt tại bảng 2P - 1206Q1: Áptômát cấp nguồn cho hệ thống điều hoà nhiệt độ tại bảng1K - 1207Q1: Áptômát cấp nguồn cho chân vịt mũi - T1: Các biến dòng - P1:Các đồng hồ ampe kế Panel số 13: Là panel cấp nguồn 440V cho các phụ tải Các phần tử trong sơ đồ số L23001 - 1301Q1,1302Q1: Áptômát cấp nguồn cho tời neo mũi trái va neo mũi phải - 1303Q1,1304Q1: Áptômát cấp nguồn cho tời neo lái trái va neo lái phải - Q1(1305ữ1308): Áptômát cấp nguồn cho hộp phân phối các hốc cắm container tại bảng 14D,15D,16D,17D - P1(1301÷1308):Các đồng hồ ampe kế - T1,T2: Các biến dòng 68 Panel số 14: Là panel cấp nguồn 440V cho các phụ tải Các phần tử trong sơ đồ số L21401(1/2): - 1401Q1: Áptômát cấp nguồn cho cẩu boong 3 - 1402Q1: Áptômát cấp nguồn cho máy nén khí kinh tế - 1403Q1,1404Q1,1407Q1: Áptômát cấp nguồn dự phòng - 1405Q1: Áptômát cấp nguồn cho mạch thuỷ lực của chân vịt mũi - 1406Q1: Áptômát cấp nguồn cho máy lái số một - T1: biến dòng - P1: đồng hồ ampe kế Các phần tử trong sơ đồ số L21401(2/2): - Q1(1408÷1411): Áptômát cấp nguồn cho hộp phân phối các hốc cắm container tải tại bảng 18D,19D,20D,21D - P1(1408÷1411):Các đồng hồ ampe kế - T1,T2: Các biến dòng Panel số 15: Là panel cấp nguồn 440V cho các phụ tải Các phần tử trong sơ đồ số L21501 - 1501Q1: Áptômát cấp nguồn cho quạt đẩy buồng máy số ba - 1502Q1: Áptômát cấp nguồn cho quạt đẩy buồng máy số bốn - 1503Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm dầu bôi chạc chữ thập máy chính số hai - 1504Q1: Áptômát cấp nguồn cho tời neo mũi - 1505Q1: Áptômát cấp nguồn cho quạt thổi máy chính số hai - 1506Q1: Áptômát cấp nguồn cho biến thế số hai - 1507Q1: Áptômát cấp nguồn cho mạch khởi động máy nén khí chính số hai - T1,T1: Các biến dòng - K1: Công tác tơ - K2: Rơle - P1:Các đồng hồ ampe kế - P2:Các đồng hồ đếm thời gian hoạt động của thiết bị Panel số 16: Là panel cấp nguồn 440V cho các phụ tải Các phần tử trong sơ đồ số L21601 - 1601Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm nước ngọt lam mát xy lanh máy chính số hai - 1602Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm tuần hoàn dầu máy chính số hai - 1603Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm tăng áp dầu FO vào máy chính và máy phát số hai 69 - 1604Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm tuần hoàn nước ngọt làm mát nhiệt độ thấp số hai - 1605Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm nước biển số hai - 1606Q1: Áptômát cấp nguồn cho bơm tuần hoàn dầu LO máy chính số hai - K1: Công tác tơ - K2: Rơle - T1,T2: Các biến dòng - P1:Các đồng hồ ampe kế - P2:Các đồng hồ đếm thời gian hoạt động của thiết bị 5.3. Nguyên lý hoạt động của bảng điện chính tàu container B170 Trạm phát điện tàu container B170 bao gồm có 3 máy phát, trong đó có 3 máy phát chính là: D-G1 ( sơ đồ 801 ), D-G2 ( sơ đồ 901 ), D-G3 ( sơ đồ 1101 ) có công suất như nhau 1370KVA điện áp 450V tần số 60Hz. Trong sơ đồ có 3 máy phát giống hệt nhau vì vậy ở đây ta chỉ nghiên cứu sơ đồ nguyên lý của máy phát số 1. Còn 2 máy phát số 2 và máy phát số 3 hoàn toàn tương tự. 5.3.1. Mạch động lực và đo lường của máy phát số 1(sơ đồ 801). 1. Mạch động lực của máy phát số 1. - Điện áp 3 pha từ máy phát được cấp lên thanh cái thông qua áptômát chính Q1(801/5). - Hai biến dòng T1, T2 (3000/5) cấp tín hiệu dòng của máy phát cho đồng hồ đo công suất phản tác dụng P14. - Ba biến dòng T3, T4, T5(2500/5) cấp tín hiệu dòng của máy phát cho khối A11 GMM10.18A. - Công tắc S1 (801/1) cấp nguồn 220V,60Hz cho điện trở sấy máy phát. - Cầu dao F4 (801/12) cấp điện áp của máy phát cho đồng hồ đo điện áp P12 và đồng hồ đo công suất phản tác dụng P14. - Cầu dao F14,F15,F10 (801/28) cấp nguồn (3~60Hz 440V) cho khối A11 GMM10.18A. - Biến áp hạ áp T21 (801/20) biến đổi điện áp xoay chiều 440V thành điện áp xoay chiều 220V. - Cầu dao F23 (801/20) cấp nguồn 220V cho mạch điều khiển áptômát chính của máy phát. - Cầu dao F24 (801/19) cấp nguồn 220V cho mạch hoà đồng bộ bằng tay. - Cầu dao F26 (801/26) cấp nguồn 220V cho đồng hồ đếm thời gian P2 và đèn H0. - Cầu dao F26 (801/22) cấp nguồn cho bộ biến đổi điện áp U1 biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp 1 chiều 24V. 70 - Cầu dao F71 (801/22) cấp nguồn 24V để sạc pin thông qua cầu chỉnh lưu và cấp nguồn 24V cho mạch đèn chỉ thị. - Cầu dao F72 (801/22) cấp nguồn 24V để sạc pin thông qua cầu chỉnh lưu và cấp nguồn 24V cho các rơle điều khiển. - Cầu dao F6(801/26) cấp nguồn (3~60Hz 440V) cho mạch hoà đồng bộ bán tự động. - Cầu dao F5 (801/27) cấp nguồn (3~60Hz 440V) cho mạch hoà đồng bộ bằng tay. - Hai cầu dao F7,F8 (801/28) cấp nguồn 440V cho hai biến áp hạ áp T22,T23 (440V/24V). Nguồn 24V qua hai biến áp hạ áp T22,T23 được cấp cho các đèn H2,H2.1 kiểm tra điều kiện hoà đồng bộ sự cố. - F1,F2: Là các cầu chì. 2. Các mạch đo. a) Giới thiệu các phần tử. - P12(801/9): Là đồng hồ vôn kế dùng để đo điện áp các pha của máy phát. - P14(801/12): Là đồng hồ đo công suất phản tác dụng của máy phát. - S12(801/10): Là công tắc chọn pha cần đo điện áp của máy phát có 4 vị trí: 0,L1-L2,L2-L3,L3-L1. - P2(801/25): Là đồng hồ đếm thời gian hoạt động của máy phát. - P13(801/128): Là đồng hồ đo công suất tác dụng của máy phát. - P11(801/130): Là đồng hồ ampekế dùng để đo dòng điện chạy qua các pha của máy phát. b) Hoạt động của các mạch đo. Đóng cầu dao F21(801/24) cấp nguồn 220V cho 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 P2 đếm thời gian hoạt động của máy phát. Công tắc xoay S12 là công tắc lựa chọn có 4 vị trí để lựa chọn đo điện áp các pha L1-L2,L2-L3,L3-L1 hoặc không đo điện áp pha nào khi nó ở vị trí 0. Tín hiệu áp thông qua công tắc lựa chọn đưa tới đồng hồ vôn kế. Khi áptômát chính Q1 đã đóng thì rơle KQ2 có điện làm đóng tiếp điểm KQ2 lại. Tín hiệu áp và tín hiệu dòng được cấp cho đồng hồ đo công suất phản tác dụng. Tín hiệu áp và tín hiệu dòng của máy phát qua Modul A33 cấp cho đồng hồ P13 để đo công suất tác dụng của máy phát. Tín hiệu dòng của máy phát qua Modul A33 cấp cho đồng hồ ampekế P11 để đo dòng điện chạy qua các pha. 71 5.3.2. Mạch điều khiển đóng áptômát chính của máy phát số 1 ( Sơ đồ L40801-3/14). 1. Giới thiệu các phần tử. - YC: Cuộn đóng áptômát. - YU: Cuộn hút của rơle điện áp thấp. - M: Động cơ để đóng áptômát chính của máy phát vào lưới. - YO: Cuộn mở áptômát. - S3: Công tắc xoay để lựa chọn chế độ điều khiển đóng áptômát chính của máy phát vào lưới có 3 vị trí: MANUAL/AUTO/SEMI. - S21: Công tắc chọn chế độ điều khiển bình thường hoặc sự cố. - S8: Nút ấn đóng áptômát chính của máy phát vào lưới. - S7: Nút ấn mở áptômát chính của máy phát ra khỏi lưới. 2. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển đóng áptômát chính. Ta đóng cầu dao F23(801/20) cấp nguồn 220V-60Hz cho hệ thống điều khiển đóng áptômát chính của máy phát số 1 vào lưới, nguồn 220V-60Hz được lấy qua biến áp hạ áp T21(440/220V). Khi cấp nguồn cho hệ thống thì rơle K1.1(801/39) có điện, khi rơle K1.1 có điện đóng tiếp điểm K1.1(801/41) lại chờ sẵn. Ta đóng cầu dao F26(801/22) cấp nguồn cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp 1 chiều 24V, sau đó ta đóng cầu dao F71(801/22) cấp điện áp 1 chiều 24 V cho cầu chỉnh lưu. Qua cầu chỉnh lưu ta đóng cầu dao F32(801/56) cấp nguồn cho các rơle điều khiển và đóng cầu dao F31(801/56) cấp nguồn cho hệ thống đèn báo, khi đó đèn H3(trắng) báo áptômát chính của máy phát chưa được đóng lên lưới. Động cơ diezel đang hoạt động bình thường nên modul A3(801/242) có điện báo động cơ đang hoạt động đồng thời cấp nguồn cho rơle K14 đóng tiếp điểm K14(801/242) lại cấp nguồn cho rơle K9(801/66). Khi rơle K9 có điện: - Đóng tiếp điểm K9(801/38) cấp nguồn cho mạch điều khiển đóng áptômát chính và mạch hoà đồng bộ tự động. - Đóng tiếp điểm K9(801/66) cấp nguồn cho đèn H9(xanh) báo động cơ diesel đang hoạt động. - Đóng tiếp điểm K9(801/134) chờ sẵn. Vì không xảy ra ngắn mạch nên rơle K7(801/63) của máy phát số 1, rơle K7(901/63) của máy phát số 2, rơle K7(1101) của máy phát số 3, không có điện do đó các tiếp điểm K7(801/39), K7(901/39), K7(1101/39) vẫn đóng. Lúc này không được cấp nguồn điện từ bờ cho nên rơle K1(1001/17) không có điện do đó tiếp điểm K1(801/41) vẫn đóng. 72 a) Chế độ điều khiển bằng tay. Ta đưa công tắc S3(801/41) sang vị trí 1 chọn chế độ điều khiển máy phát bằng tay. Khi ta đưa công tắc S3(801/41) về vị trí 1 các tiếp điểm S3(801/41), S3(801/33), S3(801/70) đóng lại. Các tiếp điểm S3(801/41), S3(801/33) đóng lại chờ sẵn. Còn tiếp điểm S3(801/70) đóng lại cấp nguồn cho rơle K41(801/70). Khi rơle K41 có điện: - Đóng tiếp điểm K41(801/203) lại cấp nguồn cho modul A3 báo sẵn sàng đóng áptômát. - Đóng tiếp điểm K41(801/173) lại cấp nguồn cho modul A2 báo áptômát được đóng ở chế độ bằng tay. - Đóng tiếp điểm K41(801/44) cấp nguồn cho mạch hoà đồng bộ bằng tay. Ta đưa công tắc S21(801/42) về vị trí 1 chọn chế độ hoạt động bình thường, khi ta đưa công tắc S21 về vị trí 1 các tiếp điểm (801/43), (801/54) đóng lại, tiếp điểm (54/801) đóng lại cấp nguồn cho PMS, còn tiếp điểm (801/43) đóng lại cấp nguồn cho cuộn giữ YU của áptômát chính. Ta đóng cầu dao F11 cấp nguồn cho động cơ lên cót M. Động cơ thực hiện quá trình lên cót và chờ sẵn lệnh đóng. Ta ấn nút S8(41/801) cấp nguồn cho cuộn đóng YC. Động cơ và cuộn đóng đều có điện thực hiện lệnh đóng áptômát chính cấp nguồn từ máy phát lên lưới. Lúc này cuộn giữ YU luôn có điện để giữ áptômát luôn đóng.Khi áptômát chính đóng ta có: - Tiếp điểm phụ XHI-S2(801/46) đóng lại cấp nguồn cho rơle K3(801/46), khi rơle K3 có điện làm đóng tiếp điểm K3(8011/61) cấp nguồn cho đèn H4(xanh) sáng báo áptômát chính đã đóng. Đồng thời mở tiếp điểm K3(8011/1) ra cắt nguồn cấp cho bộ sấy máy phát. - Tiếp điểm phụ XHI(801/41) mở ra cắt nguồn cấp cho cuộn đóng YC của áptômát chính. - Tiếp điểm phụ XHI-S4(801/51) mở ra cắt nguồn cấp cho rơle K5. - Tiếp điểm phụ XHIAV2(801/47) đóng lại cấp nguồn cho các rơle KQ2,K3.1. Khi rơle KQ2 có điện đóng tiếp điểm KQ2(801/12,12,12) lại sẵn sàng cấp nguồn cho đồng hồ đo công suất phản tác dụng. Khi rơle K3.1 có điện làm cho tiếp điểm K3.1(801/60) mở ra làm cho đèn H3(trắng) tắt, đồng thời tiếp điểm k3.1(1012/3) mở ra cắt nguồn cấp cho rơle K1(1012/3) ở mạch hoà đồng bộ bằng tay.  Aptomat chính của máy phát đang đóng vào lưới ta muốn cắt máy phát ra khỏi lưới thì ta ấn nút S7(801/44) làm cho cuộn giữ MN mất điện. Aptomat sẽ mở ra cắt máy phát ra khỏi lưới. 73 b) Chế độ điều khiển tự động. Ta đưa công tắc S3(801/41) sang vị trí 2 chọn chế độ điều khiển áptômát chính của máy phát bằng chế độ tự động. Khi ta đưa công tắc S3 về vị tri 2 các tiếp điểm (801/49), (801/139), (801/72) đóng lại. Tiếp điểm S3(801/49) đóng lại cấp nguồn cho rơle K4(801/49). Khi rơ le K4 có điện: - Tiếp điểm K4(801/39) đóng lại chờ sẵn. - Tiếp điểm K4(801/42) mở ra cắt nguồn cấp đến mạch hoà đồng bộ bán tự động. - Tiếp điểm K4(801/51) mở ra cắt nguồn vào rơle K5(801/51). Tiếp điểm S3(801/72) đóng lại cấp nguồn cho rơle K51(801/72). Khi rơle K51 có điện: - Tiếp điểm K51(801/204) đóng lại cấp nguồn cho modul A3 đưa tín hiệu vào đèn báo sẵn sàng đóng áptômát. - Tiếp điểm K51(801/174) đóng lại cấp nguồn cho modul A2 đưa tín hiệu vào đèn báo áptômát được đóng ở chế độ tự động. - Tiếp điểm K51(801/126) mở ra cắt nguồn vào mạch hoà đồng bộ bán tự động. Tiếp điểm S3(139/801) đóng lại cấp nguồn cho modul A33 đưa tín hiệu vào đèn báo máy phát đang hoạt động ở chế độ tự động. Thao tác đóng cầu dao F11 cấp nguồn cho động cơ M. Động cơ M có điện và thực hiện quá trình lên cót để sẵn sàng đóng áptômát vào lưới. Ta bật công tắc S21(801/42) sang vị trí 1 để chọn chế độ hoạt động bình thường, khi đó tiếp điểm S21(801/42) đóng lại cấp nguồn cho cuôn hút YU. Khi các điều kiện đã đủ và điện áp của máy phát lớn hơn 95% Uđm lúc này máy tính sẽ phát lệnh đóng áptômát bằng cách đóng tiếp điểm K4(801/107) lại làm cho cuộn đóng YC có điện nhả lẫy đóng áptômát vào lưới. 5.3.3. Ổn định điện áp cho trạm phát điện tàu thủy 1. Khái niệm chung: a) Các chức năng - Tất cả các thiết bị sử dụng năng lượng điện đều yêu cầu một điện áp công tác nhất định cấp cho nó, đó là điện áp định mức. Nếu điện áp cấp lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị đó với một sai số tương đối lớn thì sẽ gây ra sự công tác không ổn định hoặc hỏng thiết bị đó. - Máy phát là nguồn cấp điện áp có sự thay đổi điện áp lớn và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố(dòng tải, tốc độ, nhiệt độ…). - Do tính chất quan trọng của vấn đề ổn định điện áp nên hệ thống tự động điều chỉnh điện áp phải đảm bảo các chức năng sau: 74 + Đảm bảo điện áp phát ra của máy phát không đổi khi dòng tải và tính chất tải thay đổi. + Đảm bảo phân bố tải vô công đồng đều. + Đảm bảo khả năng cường kích khi ngắn mạch hay xảy ra sự sụt áp lớn để nâng cao tính ổn định động và ổn định tĩnh. b) Các yêu cầu và quy phạm của đăng kiểm Trong chế độ tĩnh: - Khi phụ tải thay đổi từ 0  Iđm với cos = cosđm . Với tốc độ quay của máy lai dao động trong khoảng n  5% nđm. Thì điện áp của máy phát U không được dao động quá giới hạn ± 2,5% Uđm. Nếu cos thay đổi từ 0,6  0,9 thì sự dao động điện áp của máy phát không quá giới hạn ± 3,5%. Trong chế độ động: - Khi thay đổi tải đột ngột (một lượng khoảng 60% Pđm của máy phát) sẽ làm cho điện áp của máy phát giảm xuống. Khi đó, thời gian điều chỉnh được tính từ thời điểm thay đổi tải đến lúc giá trị điện áp khôi phục lại trong giới hạn ± 3% Uđm. Với Umax nằm trong giới hạn -15%  + 20% thì thời gian điều chỉnh không được vượt quá 1,5s với cos  0,4 . Sự phân bố tải vô công không đều giữa các máy phát công tác song song không được lớn hơn ± 10% công suất phản tác dụng định mức của máy phát có công suất lớn nhất . Hệ thống điều chỉnh điện áp phải có khả năng giữ cho Uqt = Uđm khi I = 1,5 Iđm trong thời gian 2 phút. U(V) +3% -3% U1 ∆Umax U2 tdc 0 t1 t1 ΄ t2 t(s) Udm=U0 75 - Trong quá trình vận hành sự dao động điện áp của trạm phát xảy ra là do các nguyên nhân sau:  Do dòng tải của máy phát thay đổi. Khi dòng tải của máy phát thay đổi mà cos = const và n = const , IT = var thì sẽ xẩy ra hai trường hợp . + Làm cho phản ứng phần ứng của máy phát thay đổi gây ra sự thay đổi từ thông trong các cuộn dây phần ứng làm thay đổi điện áp của máy . + Giáng áp trên điện trở nội của máy phát thay đổi . Ta có thể biểu diễn sự liên quan của dòng tải đến điện áp trong quá trình thay đổi như sau : Fa↑↓ Φth↓↑ EF↓↑ It↑↓ UF↓↑ ∆U↑↓  Do tính chất của tải thay đổi: Nếu IT = const , n = const thì khi cos = var sẽ làm thay đổi độ khử từ của phản ứng phần ứng và dẫn đến làm thay đổi điện áp của máy phát ta có thể biểu diễn sự liên quan đó như sau :  Khi tốc độ quay thay đổi: Nếu cos = const , IF = const , n = var thì lúc này sức điện động sinh ra trong cuộn dây của stator của máy phát bị thay đổi dẫn đến sự thay đổi điện áp ra của máy phát .  Do sự thay đổi nhiệt độ của các cuộn dây máy phát: Khi t0 = var . Trong đó : + IT : Dòng tải của máy phát . + FA : Sức điện động phản ứng phần ứng . cos Fa TH EF UF n EF UF RƯ U Rkt Ikt UF T0 76 + U : Điện áp rơi trên tổng trở cuộn dây phần ứng . + TH : Từ thông tổng hợp . + EF : Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây phần ứng . + UF : Điện áp trên trụ đấu dây của máy phát . + n : Tốc độ quay . + T0 : Nhiệt độ của cuộn dây . + Rư : Điện trở thuần của cuộn dây phần ứng . + Rkt : Điện trở thuần của cuộn dây kích từ . + Ikt : Dòng kích từ của máy phát . Ngoài những nguyên nhân cơ bản trên còn có một số nguyên nhân phụ cũng gây ra sự dao động điện áp của máy phát , như điện trở tiếp xúc của chổi than và vành khuyên, cách điện của hệ thống thấp. Các nguyên nhân đó có ảnh hưởng nhưng không đáng kể. - Hiện nay để xây dựng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp người ta dựa vào các nguyên lý sau: + Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn Hệ thống phức hợp dòng Hệ thống phức hợp pha +Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch. +Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp. Hệ thống kết hợp giữa phức hợp pha và điều chỉnh theo độ lệch. Hệ thống kết hợp giữa phức hợp dòng và điều chỉnh theo độ lệch. 2. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu container B170 a) Giới thiệu các phần tử của hệ thống - X1,X2: Các trụ đấu dây. - G1: Cuộn dây kích từ của máy phát - G2: Cuộn dây kích từ của máy phát kích từ - T6: biến dòng lấy tín hiệu dòng đưa vào khối tự động điều chỉnh điện áp. - G3: Cuộn phụ lấy tín hiệu điện áp 2 pha làm nguồn nuôi cho bộ tự động điều chỉnh điện áp. - R1: Biến trở điều chỉnh điện áp của máy phát. - V1: cầu chỉnh lưu. - F1: Cầu chì. - U1: Bộ tự động điều chỉnh điện áp của máy phát: 77 + Các đầu l-k,s-t bốn đầu lấy tín hiệu dòng tải của pha V1 đưa vào bộ hiệu chỉnh. + Các đầu U,V,W lấy tín hiệu điện áp ba pha của máy phát đưa vào bộ hiệu chỉnh. + Các đầu UH1,UH2,WH1,WH2 lấy điện áp làm nguồn nuôi cho bộ AVR. + Các đầu J1,K1 của bộ AVR đưa tín hiệu điều chỉnh dòng kích từ xuống mạch kích từ của máy phát kích từ b) Nguyên lý hoạt động của hệ thống  Quá trình tự kích ban đầu: Khởi động động cơ Diesel truyền động cho máy phát đến tốc độ định mức, khi đó do có từ dư của máy phát kích từ lên ở cuộn dây phần ứng của máy phát chính sẽ cảm ứng được một tín hiệu điện áp có giá trị khoảng 2 ÷ 5% Uđm. Điện áp này sẽ được đưa tới bộ AVR, và đưa tới cuộn kích từ của máy phát kích từ, do đó sẽ làm tăng dòng kích từ và làm tăng điện áp của máy phát. Quá trình tiếp tục như vậy đến khi điện áp của máy phát đạt giá trị địng mức. Kết thúc quá trình tự kích của máy phát.  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. Tóm lại đây là một trong những hệ thống mới hiện đại được sử đụng nhiều trên các tàu đang đựơc đóng mới ở Việt Nam. Hệ thống có cấu trúc gọn nhẹ, có độ chính xác và độ ổn định cao, đáp ứng được các yêu cầu của đăng kiểm.  Chỉnh định hệ thống như sau: Khi điện áp của máy phát phát ra không đạt được giá trị định mức ta có thể điều chỉnh chiết áp VOLTAGE TRIM POT của bộ AVR để điều chỉnh lại giá trị điện áp phát ra của máy phát. 78 5.3.4. Công tác song song của các máy phát 1. Khái niệm chung - Nguồn điện cung cấp cho các phụ tải trong các hệ thống điện năng tầu thuỷ có thể được lấy từ các nguồn độc lập hoặc từ một nguồn chung do nhiều tổ máy phát điện được công tác song song với nhau . Hiện nay trên đội tầu của thế giới công tác song song của các tổ máy phát trong các hệ thống năng lượng điện là chiếm đa số và ngày càng phát triển ở trình độ tự động hoá cao. - Việc công tác song song của các máy phát có rất nhiều ưu điểm như sau: + Giảm bớt các thiết bị chuyển mạch và dây cáp nối các phần tử thiết bị với nhau. + Giảm bớt trọng lượng kích thước của các thiết bị phân phối điện. + Đảm bảo nguồn điện liên tục cho các phụ tải trong mọi trường hợp + Giảm bớt sự dao động điện áp khi tải tăng vọt đột ngột. + Nâng cao hiệu suất sử dụng công suất của các tổ máy phát. - Tất cả những ưu điểm trên đều tạo điều kiện sử dụng một cách rộng rãi khả năng công tác song song các nguồn điện trên tầu thuỷ. Tuy nhiên khi các máy công tác song song vẫn tồn tại các nhược điểm sau: + Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ cao về chuyên môn . + Độ lớn dòng ngắn mạch tăng, cần phải có những thiết bị bảo vệ ngắn mạch phức tạp và bảo vệ công suất ngược. + Sự phân chia tải phức tạp hơn khi một trong các động cơ truyền động có sự cố nhỏ. - Khi đưa một máy phát vào công tác song song xảy ra 3 trường hợp sau: Gọi Pđm x : công suất định mức của máy phát cần khảo sát. Pđm t : tổng công suất tất cả các máy phát đang công tác trên lưới điện . + Nếu Pđmx << Pđmt thì máy phát x đang công tác với mạng cứng. + Nếu Pđmx >> Pđmt thì máy phát x công tác coi như độc lập. + Nếu Pđmx = Pđmt thì máy phát x công tác với mạng mềm. 2. Hòa đồng bộ cho các máy phát a) Khái quát chung: - Đưa máy phát đồng bộ vào công tác song song là quá trình đưa máy phát từ trạng thái không công tác đến trạng thái cùng cung cấp năng lượng cho một hệ thanh cái đang có một hay nhiều máy phát khác cấp năng lượng cho thanh cái đó. Quá trình hoà đồng bộ coi như thành công khi không gây ra xung dòng lớn và thời gian hoà đồng bộ phải nhanh. 79 - Đưa máy phát đồng bộ vào công tác song song với các máy phát khác, trong thực tế có 2 phương pháp cơ bản: + Hoà đồng bộ: là phương pháp đưa máy phát đồng bộ đã được kích từ đến điện áp định mức và công tác song song với các máy phát khác. + Tự hoà đồng bộ: là quá trình đóng máy phát đồng bộ chưa được kích từ vào công tác song song với các máy phát khác sau khi đã cho máy phát quay đến tốc độ định mức rồi sau đó mới bắt đầu kích từ đến điện áp định mức. Phương pháp này gây ra xung dòng lớn nên không áp dụng trên tàu thuỷ. - Phương pháp hoà đồng bộ thường được ứng dụng cho trạm phát điện tầu thuỷ. Ta có thể chia làm 2 cách: + Hoà đồng bộ chính xác: là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các điều kiện hoà phải được thoả mãn . + Hoà đồng bộ thô: là tại thời điểm đóng máy phát lên thanh cái, tất cả các điều kiện phải thoả mãn chỉ trừ điều kiện góc pha ban đầu của điện áp lưới và điện áp máy phát không bằng nhau. * Hoà đồng bộ chính xác: - Để tiến hành hoà đồng bộ chính xác thì tất cả các điều kiện hoà đồng bộ phải được thoả mãn. Điều kiện hoà đồng bộ chung là điện áp tức thời của lưới và của máy phát cần hoà ở mỗi pha phải bằng nhau. + Điện áp tức thời của lưới: uA1 = UA1.sin(1t - αA1). uB1 = UB1.sin(1t - αB1 - 2/3). uC1 = UC1.sin(1t - αC1 - 4/3). + Điện áp tức thời của máy phát định hoà: uA2 = UA2.sin(2t - αA2). uB2 = UB2.sin(2t - αB2 - 2/3). uC2 = UC2.sin(2t - αC2 - 4/3). Trong đó : UA , UB , UC : Điện áp cực đại của các pha. 1 , 2 : Vận tốc góc của điện áp lưới và máy phát. αA1 , αB1 , αC1 : Góc pha ban đầu của điện áp lưới. αA2 , αB2 , αC2 : Góc pha ban đầu của điện áp máy phát. + So sánh điện áp tức thời của các pha tương ứng ta phải có. uA1 = uA2 uB1 = uB2 uC1 = uC2 80 + Đồng thời : 1 = 2 + Và : αA1 = αA2 αB1 = αB2 αC1 = αC2 - Từ điều kiện chung nêu trên ta có thể cụ thể hoá các thông số đo được trên trạm phát như sau: + Thứ tự pha của 2 máy phát phải như nhau. + Tần số của 2 máy phát phải bằng nhau. + Điện áp hiệu dụng của 2 máy phát phải bằng nhau. + Véc tơ điện áp của các pha tương ứng phải trùng nhau. - Để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ chính xác và chọn thời điểm đóng máy phát lên mạng người ta sử dụng các loại hệ thống sau: + Hệ thống đèn tắt + Hệ thống đèn quay + Hệ thống đồng bộ kế - Quy trình hoà đồng bộ chính xác có thể thực hiện như sau: + Khởi động diesel lai máy phát, ổn định tốc độ quay ở mức 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 dòng kích từ để điện áp bằng nhau. + Quan sát hệ thống đèn hay đồng bộ kế để chọn đúng thời điểm đóng máy phát vào mạng. * Hoà đồng bộ thô: - Hoà đồng bộ thô là tại thời điểm đóng máy phát hầu như các điều kiện hoà đã thoả mãn trừ điều kiện vectơ điện áp pha tương ứng của máy phát định hoà và của điện áp lưới chưa trùng nhau. - Phương pháp này hiện nay cũng rất được phổ biến trên đội tầu thế giới vì thời gian hoà đồng bộ ngắn. Trong quá trình quá độ đóng máy phát vào công tác song song bằng phương pháp hoà đồng bộ thô sẽ gây ra xung dòng rất lớn. Vì vậy cần phải hạn chế dòng cân bằng bằng cách đưa vào hệ thống những cuộn cảm đặc biệt. 81 Sơ đồ hệ thống hoà đồng bộ thô a- Hệ thống có cuộn cảm riêng cho từng máy phát. b- Hệ thống có cuộn cảm chung cho các máy phát. 1- Cầu dao. 2- Aptomat. 3- Cuộn cảm. - Hình a và hình b giới thiệu sơ đồ dùng các cuộn cảm đặc biệt hạn chế dòng . - Hoà đồng bộ thô được tiến hành như sau: + Sau khi đã khởi động động cơ diesel lai máy phát tới tốc độ định mức . Kiểm tra tần số và điện áp sau đó đóng cầu dao 1 trước, như vậy là đóng máy phát lên thanh cái thông qua cuộn cảm 3 . + Sau một vài giây ta đóng aptomat 2 và ngay sau đó mở cầu dao 1, máy phát công tác bình thường. Khi hoà đồng bộ thô dòng cân bằng chạy trong phần ứng của tất cả các máy phát đang công tác trên cùng thanh cái, gây ra mômen quay trên cùng rôto của máy phát. Mômen này kéo rôto của 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. ts 3 2 1 - 180o + 180o 0 F 3 2 1 Hình a F F F 3 1 2 Hình b 82 b) Hệ thống hoà đồng bộ trạm phát điện tàu container B170 (Mạch hoà đồng bộ cho máy phát số 1(sơ đồ 801,1011 và 1012)).  Giới thiệu phần tử của hệ thống. - M(801/120): Động cơ servo có tác dụng điều chỉnh lượng nhiên liệu vào động cơ diesel lai máy phát. - S3(1012/32): Núm xoay điều chỉnh động cơ servo tức là điều chỉnh tốc độ động cơ diesel. - S02(1012/14): Công tắc hoà đồng bộ bằng tay. - S11(1012/10): Công tắc chọn pha đo điện áp. - S112(1012/3): Công tắc chọn máy phát cần hoà. - P11(1012/11): Đồng hồ đo điện áp kép để đo điện áp của máy phát cần hoà và điện áp của thanh cái. - P12(1012/12): Đồng hồ đo tần số kép để đo tần số của máy phát cần hoà và điện áp của thanh cái. - P3(1012/14): Đồng bộ kế để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ. - H01,H02(1012/8): Các đèn để kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ. - S2(1012/12,13): Nút ấn để đóng áptômát của máy phát số 1 vào lưới. - T1(1012/15): Biến áp hạ áp lấy tín hiệu điện áp lưới. - T2(1012/15): Biến áp hạ áp lấy tín hiệu điện áp của máy phát cần hoà. - K1,K1.1,K2,K2.2,K3,K3.3(1012): Các rơle trung gian. - A1(1011): Bộ hoà tự động. - K5,K6,K7,K1,K1.1(1011): Các rơle trung gian. - KT7(1011): Rơle thời gian.  Nguyên lý hoạt động của hệ thống: * Hoà động bộ bằng tay. Ta đóng cầu dao F24(801/19) sẵn sàng cấp nguồn 220V cho mạch hoà đồng bộ bằng tay và đóng cầu dao F23(801/20) sẵn sàng cấp nguồn 220V cho mạch điều khiển áptômát chính. Nguồn 220V được lấy qua biến áp hạ áp T21(440/220V). Ta đóng cầu dao F2(1012/16) sẵn sàng cấp nguồn 24V cho các bóng đèn H01,H02. Nguồn 24V được lấy qua biến áp hạ áp T1(440V/220V) và biến áp hạ áp T2(440V/24V). Ta đóng cầu dao F5(801/28) cấp nguồn 3~60Hz,440V cho mạch hoà đồng bộ bằng tay. Ta đưa công tắc S3 sang vị trí số 1 chọn chế độ điều khiển áptômát chính của máy phát bằng tay, khi đó tiếp điểm S3(801/41) đóng lại chờ sẵn. 83 Ta bật công tắc S02(1012) sang vị trí “1-ON”, khi ta đưa công tắc S02 sang vị trí 1 thì các tiếp điểm S02(1012/14), S02(1012/18), S02(1012/25) đóng lại. - Tiếp điểm S02(1012/14) đóng lại sẵn sàng cấp nguồn cho đồng bộ kế. - Tiếp điểm S02(1012/18) đóng lại sẵn sàng cấp nguồn cho các đèn H01,H02. - Tiếp điểm S02(1012/25) đóng lại chờ sẵn. Giả sử ta cần hoà máy phát số 1 vào lưới ta đưa công tắc lựa chọn máy phát cần hoà S12(1012) sang vị trí “1-Generator 1” làm cho tiếp điểm S12(1012/3) đóng lại cấp nguồn cho các rơle K1, K1.1, K1.2. Vì áptômát của máy phát số 1 chưa đóng lên lưới nên tiếp điểm XHI-S2(801/46) chưa đóng cho nên không có nguồn cấp cho rơle K3.1(801/46), rơle K3.1 không có điện do đó tiếp điểm K3.1(1012/3) vẫn đóng. Khi rơle K1 có điện sẽ đóng các tiếp điểm K1(1012/4,4,4) và K1(1012/12) lại cấp điện áp từ thanh cái và từ máy phát số 1 tới đồng hồ vôn kế kép P1, đồng hồ tần số kép P2, đồng bộ kế P3 và hệ thống đèn H01,H02 kiểm tra các điều kiện hoà đồng bộ. Khi rơle K1.1 có điện sẽ đóng các tiếp điểm K1.1(1012/20,20) và tiếp điểm K1.1(1012/31,31,31) lại chờ sẵn. Khi rơle K1.2 có điện đóng tiếp điểm K1.2(1012/24) lại chờ sẵn. Ta quan sát các đồng hồ nếu tần số của máy phát lớn hơn tần số của lưới và kim đồng bộ kế quay thuận chiều kim đồng hồ thì ta giảm nhiên liệu vào diesel bằng cách điều chỉnh công tắc S3(1012) sang vị trí 1, nếu thấy tần số của máy phát lớn hơn tần số của lưới thì ta điều chỉnh công tắc S3(1012) sang vị trí 2. Khi tần số của máy phát và tần số của lưới đã đảm bảo thì ta quan sát đồng bộ kế và hệ thống đèn tắt để tiến hành đóng máy phát số 1 lên lưới. Nếu kim đồng bộ kế quay theo chiều kim đồng hồ và ta chọn thời điểm hai đèn H01, H02 cùng tắt thì ta ấn nút S2(1012/25) để đóng máy phát số 1 lên lưới. Nếu hệ thống không xảy ra sự cố thì lúc này rơle K9(801/66) có điện sẽ đóng tiếp điểm K9(801/38) lại cấp nguồn cho cuộn đóng YC nhả chốt đóng áptômát của máy phát 1 lên lưới. Tất cả các điều kiện để đóng áptômát chính của máy phát số 1 giống như ở mạch điều khiển áptômát chính ở chế độ bằng tay. * Hoà đồng bộ bán tự động cho máy phát số 1. Ta đóng cầu dao cấp nguồn 3~60Hz,440V cho mạch hoà đồng bộ bán tự động. Ta đưa công tắc S3 sang vị trí số 3 chọn chế độ điều khiển áptômát chính của máy phát bằng chế độ bán tự động, khi đó tiếp điểm S3(801/51) đóng lại chờ sẵn. Ta xoay công tắc S15(801/50) sang vị trí “ON” để cấp nguồn cho các rơle K5(801/51), K1(1011/5), K1.1(1011/6). Khi rơle K5 có điện: - Tiếp điểm K5(801/51) đóng lại duy trì. - Tiếp điểm K5(801/126) mở ra chờ sẵn. Khi rơle K1 có điện: 84 - Tiếp điểm K1(13-14,23-24) đóng lại cấp điện áp của máy phát số 1 vào chân 5-7 của bộ hoà tự động A1(1011). - Tiếp điểm K1(33-34,43-44) đóng lại cấp điện cho rơle thời gian KT1. - Tiếp điểm K1(53-54,63-64) đóng lại chờ sẵn. Khi rơle K1.1 có điện sẽ đóng tiếp điểm K1.1(13-14,23-24,33-34) lại chờ sẵn. Sau khi cấp điện áp máy phát 1 vào chân 5-7 của khối A1 và điện áp lưới vào chân 1-3 của khối A1 thì khối tự động hoà đồng bộ sẽ hoạt động: nếu có sự chênh lệch tần số ngoài khoảng 0,3 Hz thì sẽ có sự tăng hoặc giảm tần số thông qua INCR hoặc DCER của khối A1. Khi tần số đảm bảo trong giới hạn cho phép thì khối này sẽ phát tín hiệu hoà đồng bộ đóng tiếp điểm “ON”của khối A1 lại cấp nguồn cho cuộn đóng YC nhả chốt đóng áptômát của máy phát số 1 lên lưới. Tất cả các điều kiện để đóng áptômát chính của máy phát số 1 giống như ở mạch điều khiển áptômát chính. Khi áptômát chính đã đóng điện lên lưới đồng thời mở tiếp điểm XHI-S4(801/51) ra làm mất nguồn vào khối tự động hoà đồng bộ A1. * Hoà đồng bộ tự động. Việc hoà đồng bộ tự động được thực hiện qua bộ hoà tự động A1(1011). Sau khi khởi động máy phát lên đến điện áp định mức và tần số xác định, để hoà đồng bộ ta chỉ cần ấn nút S15 (801/3) cấp nguồn cho rơle K1(1011). Khi rơle K1 có điện sẽ đóng tiếp điểm thường mở lại cấp nguồn cho bộ hoà tự động A1(1011). Sau khi cấp điện áp máy phát 1 vào chân 5-7 và có điện áp lưới vào chân 1-3 thì khối tự động hoà đồng bộ sẽ hoạt động: nếu có sự chênh lệch tần số ngoài khoảng 0.3 Hz thì sẽ có sự tăng hoặc giảm tần số thông qua INCR hoặc DECR (A1). Khi tần số đảm bảo trong giới hạn cho phép thì khối này sẽ phát tín hiệu hoà đồng bộ đóng tiếp điểm “ON” (A1) và nếu hệ thống không có sự cố gì hay không lấy điện từ bờ thì lúc này áptomat Q1(801/3) sẽ đóng điện lên lưới đồng thời mở tiếp điểm XHI-S4 (1-2) làm mất nguồn vào khối A1. Sau khi đã hoà xong máy phát 1 lên lưới ta bật công tắc S12 (1012/1) về vị trí “0”. 3. Chức năng phân bố tải. a) Lý thuyết chung * Phân bố tải tác dụng cho các máy phát Khái niệm chung: - Phân bố tải tác dụng giữa các máy phát đồng bộ công tác song song được quyết định bởi đặc tính của bộ điều tốc của động cơ truyền động. Để hai máy phát phân bố tải tác dụng như nhau thì các đường đặc tính n = f(P) phải có độ nghiêng như nhau, việc này được thực hiện qua khâu chỉnh định bộ điều tốc của hai diesel lai máy phát. Sau khi đóng máy phát đồng bộ vào công tác song song ta phải tiến hành phân bố tải tác dụng cho chúng. Ta phải tác động đến bộ điều tốc tức là thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào máy, thực chất là thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào máy mà vẫn phải giữ cho f = const. 85 - Từ đồ thị vectơ ta có công suất tác dụng tính cho một pha. P = U.I.cos = ( E.U/Xp ).sin (1) Vì I.Xp.cos = E.sin - Từ biểu thức số (1) thành lập đặc tính công suất của máy phát P δ - Từ đồ thị trên 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 bằng góc . Góc  biểu thị cho vị trí của rôto trong không gian, đó là góc lệch giữa từ trường của stato và trục của từ trường do roto gây ra hay nó là góc lệch giữa vectơ E và vectơ U. - Như vậy trong quá trình phân bố tải tác dụng (giữ cho u, f = const) ta thay đổi lượng dầu vào động cơ truyền động chính là thay đổi góc . - Khi máy phát nhận thêm tải tác dụng điện áp máy phát giảm, tốc độ giảm nhưng bộ điều chỉnh điện áp phải điều chỉnh tăng dòng kích từ để giữ cho U = const và bộ điều tốc tăng dầu để giữ cho tần số không đổi. Như vậy là ta đã tăng E → PMax thay đổi (tăng lên). P P2 P nđm n I.X U I E   Sơ đồ véc tơ b a Pmax P a b 90o Đặc tính CS của máy 86 - Từ biểu thức P = (E.U/Xp).sin . Nếu  tăng (trong giới hạn từ 0  90 0) tức là (dp/d) > 0 thì hệ thống mới ổn định. Còn khi  = 900  1800 tức là (dp/d) < 0 thì hệ thống mất ổn định. * Phân bố tải vô công cho các máy phát Khái niệm chung: - Đối với trạm phát điện xoay chiều việc phân bố tải vô công khi công tác song song là vấn đề rất quan trọng. Nếu tải tác dụng tỉ lệ thuận với mômen trên trục của máy phát thì tải vô công tỉ lệ với dòng kích từ của nó. - Theo quy định của đăng kiểm sự chênh lệch tải vô công giữa các máy phát công tác song song không được vượt quá 10% công suất vô công định mức của máy phát lớn nhất. Nếu sự phân bố tải vô công không đều vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn đến các hậu quả sau: + Máy phát này nhận toàn bộ tải vô công của máy phát kia dẫn đến dòng vượt quá định mức và máy phát có thể bị cắt ra khỏi mạng do quá dòng. + Hiệu suất sử dụng của máy có tải vô công lớn sẽ rất thấp. + Tăng tổn hao trong các cuộn dây vì luôn luôn có dòng cân bằng chạy trong 2 máy. - Để thực hiện phân bố tải vô công người ta sử dụng 3 phương pháp chủ yếu sau: + Điều khiển đặc tính ngoài của máy phát. + Tự điều chỉnh phân bố tải vô vông. + Nối dây cân bằng. b) Quá trình phân bố tải của tàu Container B170 Quá trình phân bố tải của tàu container 1700 Teu hoàn toàn do hệ thống quản lí nguồn đảm nhiệm . Ban đầu sẽ có 1 máy phát làm việc còn 2 máy phát còn lại ở chế độ stanby . Tàu 1700TEU chia ra nhóm phụ tải nặng mỗi nhóm được tinh toán công suất và đặt giá trị thông số vào bộ quản lí nguồn. Ví dụ hệ thống neo động cơ thực hiện có công suất 46 KW Khi có tín hiệu nhân thêm tải . Tín hiệu áp gửi tới GMM.10.18A ( 801/99 ) và tín hiệu dòng gửi tới A11 GMM10.18A (801/9) khối quản lí nguồn tinh toán lượng công suất và quyết định khởi động thêm máy phát. Thông qua A110.RUE402 (801/120-121) điều chỉnh lượng nhiên liệu cho động cơ secvo thực hiện phân chia tải cho máy phát trong quá trình hoà đồng bộ và công tác song song Sau khi ngắt phụ tải nếu công suất 1 máy đủ phục vụ thì sau độ trễ thời gian sẽ có tín hiệu ngừng diesel lai máy phát thứ 2 Nếu phụ tải nặng như hệ thống chân vịt mũi có động cơ lai chân vịt 750 kw công suất lớn thì hệ thống luôn có cả 3 máy phát cùng hoạt động 87 CHƯƠNG VI: BẢO VỆ CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN 6.1.Khái niệm chung. - Hệ thống điện năng trên tầu thuỷ có những điều kiện vận hành cũng như hoạt động của hệ thống rất nghiêm ngặt và có khả năng xảy ra sự cố hoặc hư hỏng ở mỗi chế độ công tác. Chính vì vậy những hệ thống này phải có những thiết bị bảo vệ đặc biệt. - Việc bảo vệ cho trạm phát điện mang ý nghĩa rất quan trọng đó là: + Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố, tách chúng ra khỏi các phần tử khác đang hoạt động bình thường. Hình thức bảo vệ này có tác dụng ngăn ngừa những hậu quả tiếp theo có thể đưa đến ngắt mạch các phần tử khác. + Tự ngắt mạch một số phần tử thuộc hệ thống điện năng (ví dụ: máy phát bị quá tải, tự động ngắt bớt phụ tải để giảm bớt dòng cho máy phát) và dự báo những chế độ công tác khác với chế độ công tác định mức. + Dòng công tác xấp xỉ hoặc lớn hơn dòng định mức, điện trở cách điện giảm xuống quá giá trị cho phép v.v… - Xuất phát từ tầm quan trọng và ý nghĩa của việc bảo vệ hệ thống, phần tử bảo vệ cần thoả mãn những yêu cầu sau: + Bảo vệ phải có tính chất chọn lọc nghĩa là thiết bị bảo vệ chỉ ngắt mạch các phần tử hư hỏng, có sự cố thật, tính chất này sẽ đảm bảo độ tin cậy hoạt động liên tục của các phụ tải tiêu thụ. + Bảo vệ phải có tính tác động nhanh, nhờ có tính chất này mà có thể hạn chế ảnh hưởng xấu đến các máy phát đang công tác song song, đến các phần tử khác, nâng cao tính ổn định động của máy phát và hệ thống năng lượng, ngoài ra còn rút ngắn thời gian công tác của các hộ tiêu thụ khi điện áp thấp và giảm bớt những hư hỏng khi dòng ngắn mạch có tia lửa điện. Muốn thế thời gian tác động của thiết bị bảo vệ phải không quá 0,1 0,5 giây. Tất nhiên ta phải hiểu rằng không phải lúc nào cũng hoạt động nhanh, ví dụ như: quá tải một thiết bị quan trọng chỉ được dự báo chứ không được ngắt mạch. + Bảo vệ phải có độ tin cậy: Các thiết bị bảo vệ rất ít khi hoạt động vì khi xảy ra sự cố, song có khi lại sự cố liên tục cách nhau một vài giây, vài giờ, vài tháng, vài năm. Tuy nhiên một khi xảy ra sự cố thì các thiết bị bảo vệ phải hoạt động được và đúng. Do đó cấu tạo chúng phải hết sức đơn giản, tin cậy và dễ tháo lắp. + Bảo vệ phải có độ nhạy: Đây là tính chất quan trọng để đảm bảo thiết bị phản ứng ngay với những hiện tượng hư hỏng, sự cố. Độ nhạy của thiết bị bảo vệ được biểu thị bằng hệ số nhạy cảm Kn. 88  Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra những sự cố hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau (chất cách điện của cuộn dây rôto hay stato bị hỏng, gây ra các tia lửa điện gây nguy hiểm cho người sử dụng và cho thiết bị ngoài ra còn gây ra ngắn mạch 1 pha, 2 pha, 3 pha với vỏ máy). Vì vậy để đảm bảo an toàn cũng như nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của máy phát cần phải được bảo vệ trên nhiều hình thức khác nhau như: * Bảo vệ ngắn mạch. - Hiện tượng ngắn mạch xảy ra là do các nguyên nhân cơ bản sau đây: + Do hư hỏng các chất cách điện của các phần tử dẫn điện trong các thiết bị dẫn điện khác nhau. Có hiện tượng đó là do già hoá tự nhiên, sự quá áp, sự bảo dưỡng các thiết bị không đúng theo quy trình hoặc do hư hỏng cơ khí. + Do hoạt động nhầm lẫn và vi phạm quy trình khai thác kỹ thuật. - Ngắn mạch gây ra những hậu quả rất nghiêm trọng đó là: + Tác động nhiệt của dòng ngắn mạch lớn, có thể gây đốt nóng các phần tử dẫn điện mà nó đi qua đến nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép nhiều lần làm cho tiếp điểm của các khí cụ bị cháy, nếu như khí cụ đó không được tính toán để chịu được dòng ngắn mạch đó. + Dòng ngắn mạch lớn chạy qua sẽ làm xuất hiện lực tương hỗ rất lớn giữa các phần dẫn điện của hệ thống điện năng. Lực này sẽ làm hư hỏng các vật liệu cách điện, trụ đỡ, thanh cái hoặc các vật cố định khác. + Dòng ngắn mạch có thể gây ra sụt áp đột ngột rất lớn, làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải, đặc biệt đối với động cơ có thể bị dừng lại (dừng dưới điện). Điều đó hết sức nguy hiểm cho sự an toàn của con tầu. + Nếu dòng ngắn mạch kéo dài mà điểm ngắn mạch gần máy phát thì hết sức nguy hiểm, có thể gây cháy máy phát hay làm mất đồng bộ của các máy phát đang công tác song song. - Để bảo vệ ngắn mạch cho máy phát điện người ta có thể sử dụng 3 loại aptomat điển hình sau đây: +Aptomat cổ điển +Aptomat chọn lọc +Aptomat tác động nhanh. Ngoài ra người ta còn phối hợp bảo vệ ngắn mạch giữa aptomat và cầu chì. * Bảo vệ quá tải. - Hiện tượng quá tải thường hay xảy ra là do các nguyên nhân sau: + Cắt một hoặc vài máy phát đang công tác song song ra khỏi lưới. + 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 loại trừ các điểm ngắn mạch của hệ thống. + Quá tải của những động cơ có công suất lớn. 89 + Phân chia tải không đều giữa các máy phát công tác song song. - Quá tải thường gây ra các hậu quả đó là: + Gây ra sự gia tăng nhiệt, quá nhiệt độ cho phép của các thiết bị mà có dòng quá tải đi qua. Làm già hoá chất cách điện và có thể gây cháy. + Gây cắt máy phát ra khỏi mạng điện làm mất điện toàn tầu. - Để tính toán lựa chọn các thiết bị bảo vệ quá tải cho chính xác người ta quy định các mức quá tải là: + Máy phát được tính toán thiết kế để chịu được dòng quá tải trong thời gian tương đối dài. Thường cho phép quá tải đến 1,1Iđm trong thời gian quá 15 phút hoặc dài hơn. + Khi dòng quá tải (1,1  1,5) Iđm thì các thiết bị bảo vệ quá tải phải cắt máy phát với độ trễ thời gian hoạt động đảm bảo nhiệt độ chưa vượt quá nhiệt độ cho phép. + Khi dòng quá tải bằng 1,5 Iđm độ trễ thời gian cắt máy phát không quá 2 phút đối với máy phát xoay chiều và không vượt quá 15 giây đối với máy phát một chiều. + Khi dòng tải lớn hơn 1,5 Iđm ta coi là dòng ngắn mạch và các thiết bị bảo vệ ngắn mạch phải hoạt động. * Bảo vệ công suất ngược - Các nguyên nhân gây ra hiện tượng công suất ngược: + Gián đoạn việc cung cấp dầu cho diezel, hỏng khớp nối giữa máy phát và động cơ truyền động hay hơi vào tuốc bin. + Đối với máy phát một chiều chuyển sang chế độ công tác động cơ còn do điện áp kích từ hay điện áp máy phát bị giảm, tức là sức điện động của máy phát nhỏ hơn điện áp trên thanh cái. - Hiện tượng công suất ngược gây ra các hậu quả: + Làm cho các máy phát còn lại bị quá tải dẫn đến cắt toàn bộ ra khỏi mạng. + Mức dầu bị gián đoạn (hoặc hỏng khớp nối), khi dầu có trở lại dẫn đến quá tốc của động cơ diesel. - Để bảo vệ công suất ngược cần có phần tử cảm biến chiều của công suất, phần tử đó gọi là bộ nhạy pha. Trên tàu thuỷ thường được ứng dụng 2 loại rơle công suất ngược đó là: + Rơle công suất ngược cảm ứng. + Rơle công suất ngược bán dẫn. 6.2. Bảo vệ cho trạm phát điện tàu container B170 6.2.1. Bảo vệ ngắn mạch Trên tàu container B170 việc bảo vệ ngắn mạch cho máy phát người ta dùng cầu chì và áptômát chính. Cầu chì thường được sử dụng cho các mạch đo và mạch điều khiển. Khi có ngắn mạch tới 300% ( khoảng 5274 A ) thì sau thời gian trễ 500 ms tín hiệu được gửi đến khối A11-A53 làm cho DA7(801/114) hoặc DA8(801/116) thông dẫn 90 đến rơle K3(801/114) hoặc rơle K4(801/116) có điện làm đóng tiếp điểm A11-A53- K3,K4(801/63) lại cấp nguồn cho rơle K7(801/63), khi rơle K7 có điện đóng tiếp điểm K7(801/63) cấp nguồn cho đèn SH9(đỏ) sáng báo máy phát bị ngắn mạch. 6.2.2. Bảo vệ quá tải: Khi quá tải tới 115% Iđm (khoảng 2022 A) thì sau thời gian trễ 60s tín hiệu quá tải được gửi đến A11-A61 xử lý làm DA3(801/106) thông dẫn đến K3 (801/106) có điện đóng tiếp điểm A11-A61-K3(801/58), cấp nguồn cho rơ le K19(801/58) làm K19 có điện đóng tiếp điểm K19(801/58) cấp nguồn cho đèn H6 (trắng) sáng báo máy phát bị quá tải. 6.2.3. Báo động điện áp thấp/cao: K22 (1013/52-53) Khi xảy ra trường hợp điện áp cao Ucao = 465 V (106%Uđm ) => sau thời gian trễ 5s tín hiệu sẽ được gửi đến hệ thống báo động chung Monitoring System Khi xảy ra trường hợp điện áp thấp Uthấp = 396 V (90%Uđm ) => sau thời gian trễ 5s tín hiệu sẽ được gửi đến hệ thống báo động chung Monitoring System 6.2.4. Báo động tần số thấp/cao: K21 (1013/48-49) Khi tần số cao fcao = 66 Hz thì sau thời gian trễ 5s tín hiệu sẽ được gửi đến hệ thống báo động chung Monitoring System. Tương tự như vậy khi tần số thấp fthấp = 57 Hz thì sau thời gian trễ 5s tín hiệu sẽ được gửi đến hệ thống báo động chung Monitoring System. 6.2.5. Bảo vệ công suất ngược: Để bảo vệ công suất ngược cho các máy phát thường ứng dụng 2 loại rơ le công suất ngược dạng cảm ứng và bán dẫn. Trạm phát điện tàu container B170 sử dụng loại rơ le công suất ngược dạng bán dẫn. Rơ le công suất ngược REVERSE POWER RELAY ZKG404-A33 thuộc modul quản lý máy phát GMM 10.18A-A11. Khi máy phát có hiện tượng công suất ngược vượt quá giá trị cho phép được đặt trước Png = 8% = 87,7KW thì sau thời gian trễ 2s khối sẽ đưa tín hiệu để cắt máy phát ra khỏi lưới. Tín hiệu gửi tới modul A3 cấp nguồn cho rơle K4(801/213) làm đóng tiếp điểm K4(801/68) lại và cấp nguồn cho rơle K11(801/68). Khi role K11 có điện làm mở tiếp điểm K11(801/101) ra dẫn đến K40(801/102) mất điện sẽ mở tiếp điểm K40(801/44) ra làm cho cuộn giữ MN mất điện. Aptomat sẽ mở ra cắt máy phát ra khỏi lưới. Đồng thời khối này cũng gửi tín hiệu để báo động bằng đèn và còi 6.2.6. Báo động cách điện thấp: Với hệ thống sử dụng điện áp 440V thì khi cách điện giảm xuống còn 0.5M thì chỉ sau 4s khối K20(1013/40) sẽ đóng tiếp điểm K20(1013/8) cấp nguồn cho đèn H1 => đèn H1(1013/8) sáng báo điện trở cách điện thấp đồng thời đưa tín hiệu tới báo động bằng đèn và còi. Với hệ thống sử dụng điện áp 220V thì khi cách điện giảm xuống còn 0.2M thì chỉ sau 4s khối này khối K20 này sẽ xử lý và đóng tiếp điểm K20(1013/9) cấp nguồn cho 91 đèn H2 => đèn H2(1013/9) sáng báo điện trở cách điện thấp đồng thời đưa tín hiệu tới báo động bằng đèn và còi. 92 KẾT LUẬN Sau thời gian 3 tháng tìm hiểu và nghiên cứu cộng thêm sự giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp và các thầy giáo trong khoa, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Th.s Đỗ Văn Thỏa, đến nay bản đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành, bản đồ án đã nghiên cứu được các nội dung sau: PHẦN I: TRANG THIẾT BỊ TÀU CONTAINER B170 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ TÀU CONTAINER B170 1.1. Giới thiệu về tàu container B170 1.2. Giới thiệu về hệ thống điện tàu container B170 1.3. Giới thiệu về trạm phát điện tàu container B170 CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỂN HÌNH 2.1. Hệ thống bơm la canh 2.2. Hệ thống bơm tuần hoàn L.O cho ME 2.3. Hệ thống truyền động điện neo và tời quấn dây của tàu cotainer B170. 2.4. Hệ thống chân vịt mũi tàu container B170 CHƯƠNG III: MỘT SỐ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỂN HÌNH 3.1. Hệ thống tự động cân bằng tàu container B170. 3.2. Hệ thống nồi hơi tàu container B170 PHẦN II: ĐI SÂU NGHIÊN CỨU TRẠM PHÁT ĐIỆN CHÍNH. CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY. 4.1. Giới thiệu chung về trạm phát điện tàu thủy. 4.2 Giới thiệu chung về trạm phát điện tàu container B170. CHƯƠNG V: BẢNG PHẤN PHỐI ĐIỆN CHÍNH. 5.1. Khái niệm chung. 5.2. Gới thiệu bảng điện chính tàu container B170. 5.3. Nguyên lý hoạt động của bảng điện chính 5.3.1. Mạch động lực và đo lường của máy phát số 1. 5.3.2. Mạch điều khiển đóng áptômát chính của máy phát số 1. 5.5.3. Ổn định điện áp cho trạm phát điện tàu thủy. 5.3.4. Công tác song song của các máy phát. CHƯƠNG VI: BẢO VỆ CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU 6.1. Khái niệm chung. 6.2. Bảo vệ cho trạm phát điện tàu container B170. 93 Tuy nhiên do kiến thức và kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều nên việc làm đề tài không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong sự góp ý, bổ xung của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn và gửi lời chúc tốt đẹp nhất tới thầy giáo Th.s Đỗ Văn Thỏa đã dành nhiều thời gian để giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đề tài tốt nghiệp, cùng các thầy cô giáo trong khoa Điện-ĐTTB đã giúp đỡ và giảng dạy em trong suốt thời gian học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, tháng 1 năm 2010 Sinh viên Trần Văn Tuyến 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KS. Bùi Thanh Sơn TRẠM PHÁT ĐIỆN Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải Hà Nội - 2000 [2] KS. Lưu Đình Hiếu TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÀU THUỶ Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam Hải Phòng - 1998 [3] TS. Lưu Kim Thành PHẦN TỬ TỰ ĐỘNG Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam Hải Phòng - 2000 [4] Nguyễn Bính ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN Nhà Xuất Bản Khao Học Và Kỹ Thuật Hà Nội - 2000 [5] KS. Đặng Minh Tân MÔN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG [6] KS. Lưu Đình Hiếu MỘT SỐ HỆ THỐNG LÁI Trường Đại Học ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN Hàng Hải Việt Nam CÁC ĐỘI TÀU BIỀN VIỆT NAM Hải Phòng – 2000. HIỆN NAY [7] HỒ SƠ VỀ TÀU B170 Nhà máy Đóng Tàu Bạch Đằng.