Đồ án Trang thiết bị điện tàu san felice 34000T – đi sâu nghiên cứu hệ thống điều khiển từ xa diezel máy phát và bảo vệ trạm phát điện

AL OFF ≤ 0.45 MPa ): Tiếp điểm cảm biến áp lực dầu FO để báo động - CONTROL AIR PRESS .SWITCH FOR ALARM (ABNORMAL OFF ≤ 0.65 MPa) : Tiếp điểm cảm biến áp lực khí điều khiển để báo động - L.O STRAINER DIFFRENTAL PRESS .SWITCH FOR ALARM (ABNORMAL OFF ≥ 0.09MPa) : Tiếp điểm cảm biến sự chênh lệch áp suất ở hai đầu bộ lọc dầu nhờn dùng cho báo động - T/C L.O PRESS SWITCH FOR ALARM (ABNORMAL OFF ≤ 0.24MPa) : Tiếp điểm cảm biến áp lực dầu nhờn tua bin tăng áp dùng cho báo động - F.O.LEAK TANK LEVEL SWITCH FOR ALARM (F.O LEAK : OFF ) : Tiếp điểm cảm biến sự rò rỉ két dầu dùng để báo động - L.O (SUMP TANK) LEVEL SWITCH FOR ALARM (LOW LEVEL : OFF) :Tiếp điểm cảm biến mức dầu nhờn trong két chứa dùng báo động - PRESS TRANSMITTER FOR STARTING AIR: Bộ biến đổi áp lực nguồn khí khởi động - PRESS .TRANSMITTER FOR H/T F. W : Bộ biến đổi áp suất cho cảm biến áp lực nước làm mát - PRESS .TRANSMITTER FOR L.O : Bộ biến đổi áp lực dầu nhờn - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR H/T F. W –ENG. OUTLET :Cảm biến nhiệt độ nước làm mát máy ở đường ra 48 - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR L.O –ENG. INTLET :Cảm biến nhiệt độ dầu nhờn ở đường vào - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR EXH.GAS-T/C INLET-NO.1~3 CYL:Cảm biến nhiệt độ khí xả ở đầu vào tua bin tăng áp của xilanh 1-2-3 - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR EXH.GAS-T/C INLET-NO.4~6 CYL:Cảm biến nhiệt độ khí xả ở đầu vào tua bin tăng áp của xilanh 4-5-6 Các phần tử ở trên và trong hộp điều khiển máy Hệ thống này có 3 hộp điều khiển riêng biệt cho 3 diezel Bố trí trên hộp điều khiển : Các đèn báo - CONTROL/SAFETY POWER: Báo nguồn 2 vỉ - REMOTE & AUTO : Báo vị trí điều khiển từ xa và tự động. - LOCAL : Báo điều khiển tại bảng điều khiển máy. - READY TO START : Báo sẵn sàng khởi động. - ENG.RUN : Báo máy đang chạy. - START FAIL : Báo khởi động lỗi. - MANUAL EMERGENCY STOP : Báo dừng máy bình thường - L.O.LOW PRESSURE : Báo máy dừng do áp suất dầu nhờn giảm thấp - OVER SPEED TRIP : Báo máy dừng do quá tốc. - H/T F.W. HIGH TEMPERATURE : Báo máy dừng do nhiệt độ nước làm mát quá cao Các nút ấn phục vụ động cơ diezel - LAMP TEST ( PB-LT ) : Nút thử đèn. - ENG START ( 03C ) :Nút khởi động máy tại bảng điều khiển máy. - ENG STOP ( 03T ) : Nút dừng máy tại bảng điều khiển máy. Các nút ấn phục vụ động cơ lai bơm dầu nhờn. - L/P RESET : Nút ấn reset hệ thống khi xảy ra bảo vệ dừng động cơ. - START : Nút khởi động động cơ bơm dầu nhờn. - STOP : Nút dừng động cơ bơm dầu nhờn. Các công tắc Công tắc cấp nguồn cho hệ thống có 2 vị trí ON và OFF Công tắc chon vị trí điều khiển :Có 2 vị trí là LOCAL vàREMOTE & AUTO Bố trí trong hộp : Mỗi máy có 1 hộp điều khiển riêng,trong mỗi hộp có ; 2 vỉ điện tử ENGINE CONTROLvà vỉ SAFETY UNIT để điều khiển diesel. Vỉ G/E L.O PRIMING PUMP CONTROL BOARD để điều khiển động cơ lai bơm dầu L.O Các đầu vào chính của vỉ ENGINE CONTROL & SEFETY UNIT: (Sơ đồ:0610-002-21 và 0610-002-22) - 43C : Công tắc chọn chế độ điều khiển REMOTE & AUTO và LOCAL. - TURNING GEAR DISENGAGE : Tiếp điểm cảm biến via máy, máy via xong thì đóng. - REMOTE & AUTO START : Nút khởi động máy từ xa đặt trên bàn điều khiển và tiếp điểm tín hiệu khởi động máy tự động - REMOTE STOP : Nút dừng máy từ xa đặt trên bàn điều khiển - LOCAL START (03C) : Nút khởi động tại chỗ - LOCAL STOP (03T) : Nút dừng tại chỗ - ENG.SIDE START : Nút khởi động máy đặt trên máy. 49 - LAMP TEST : Nút thử đèn. - PRIMING LO PRESSURE : Tiếp điểm cảm biến áp lực dầu nhờn - F.O HANDLE (RUN POSITION:ON) : Tiếp điểm hành trình thanh răng nhiên liệu,thanh răng ở vị trí chạy thì đóng. - SPR-12 (LOW SPEED) : Tiếp điểm cảm biến quá tốc diezel. - SPR-14 (OVER SPEED):Tếp điểm ngưỡng khởi động thành công(125V/P). Các đầu ra chính : - 20A(ENG.START MV) : Van khởi động máy. - 20 ST(ENG.STOP MV) : Van dừng máy - H/T SIDE F. W. H/T TRIP : Báo máy dừng do nhiệt độ nước làm mát quá cao. - START FAIL : Báo khởi động lỗi. -READY TO START : Báo sẵn sàng khởi động. - REMOTE & AUTO : Báo điều khiển từ xa và tự động. - L.O.L/P TRIP : Báo máy dừng do áp suất dầu nhờn giảm thấp. - OVER SPEED TRIP : Báo máy dừng do quá tốc. - ENG.RUN : Báo máy đang chạy. - LOCAL : Báo điều khiển tại bảng điều khiển máy. - POWER DC24V : Báo nguồn điều khiển. Nguồn của hệ thống :( Sơ đồ mạch cấp nguồn :0610-002-20 ) CONTROL SOURCE : Nguồn điều khiển chính AC220 V, 60 Hz EMERGENCY SOURCE : Nguồn sự cố DC 24 V Nguồn 3 pha AC400V 50 HZ cung cấp cho bơm dầu nhờn. SW : Công tắc cấp nguồn cho hệ thống F3, F4 (3A) : Cầu chì bảo vệ mạch điều khiển D/G AC/DC CONVERTOR : Bộ chỉnh lưu nguồn 1 chiều cấp cho mạch điều khiển D/G 27/X : Rơle cấp nguồn chính cho hệ thống 80/X : Rơle cấp nguồn sự cố cho hệ thống WL-A : Đèn báo khi nguồn chính hoạt động WL-D : Đèn báo nguồn sự cố hoạt động PB-LT : Nút thử đèn báo nguồn P2, N2 : Tới mạch cấp nguồn điều khiển D/G F5, F6 (3A) : Cầu chì bảo vệ mạch bảo vệ D/G P3, N3 : Tới mạch cấp nguồn mạch bảo vệ D/G Nguyên lý hoạt động của mạch cấp nguồn: - Hệ thống được cấp bởi nguồn 1 chiều, 24V được lấy từ mạng điện tàu qua biến áp hạ áp và chỉnh lưu và nguồn acquy là nguồn sự cố. Bật công tắc chọn SW về vị trí chọn nguồn chính(CONTROL SOURCE) hoặc nguồn sự cố (EMERGENCY SOURCE) -Giả sử SW ở vị trí nguồn chính ,điện áp xoay chiều 220V/60Hz lấy từ mạng điện tàu qua bộ hạ áp, chỉnh lưu AC/DC CONVERTOR WRC 24SX-u 75W xuống DC24 V cấp cho hệ thống điều khiển D/G. Khi đó đầu ra bộ chỉnh lưu có nguồn cấp cho các mạch điều khiển, bảo vệ D/G. Đồng thời rơle 27/X có điện chuyển trạng thái tiếp điểm thường đóng 27/X, cấp nguồn cho đèn WL-A sáng báo có nguồn xoay chiều. - Khi nguồn sự cố hoạt động, cấp cho các mạch. Đồng thời rơle 80/X có điện chuyển trạng thái tiếp điểm 80/X, cấp nguồn cho đèn WL-D sáng báo nguồn sự cố hoạt động. 50 D1 và D5 có nhiệm vụ chặn nguồn cấp cho các rơle tương ứng. Nguồn được cấp cho các mạch thông qua công tắc cấp nguồn SW - Qua hai cầu chì F3, F4 cấp cho mạch điều khiển D/G - Qua hai cầu chì F5, F6cấp cho mạch bảo vệ và báo động D/G 2. Các thuật toán điều khiển D/G 2.1 Các khối trong sơ đồ thuật toán điều khiển Khối khởi đầu và kết thúc khối thực hiện Khối điều kiện Khối tác động bằng tay Khối tác động bằng nút ấn Khối AND 51 Khối đèn báo 2.2 Sơ đồ thuật toán quá trình khởi động diesel bằng nút ấn gắn trên động cơ diesel 52 2.3 Sơ đồ thuật toán quá trình khởi động diesel . 53 2.4 Sơ đồ thật toán quá trình khởi động diesel bị lỗi 54 2.5 Sơ đồ thuật toán quá trình dừng diesel bình thường. 55 2.6 Sơ đồ thật toán quá trình báo động và bảo vệ dừng máy. 56 III. Nguyên lý hoạt động Chuẩn bị máy - Via máy : Để tránh sức ì ,chọn thời điểm khởi động thích hợp dễ nổ nhất ,kiểm tra xem máy có bị kẹt không. - Khởi động động cơ lai bơm nước làm mát. - Khởi động động cơ cung cấp dầu đốt F.O. - Khởi động động cơ lai bơm dầu bôi trơn : Đóng cầu dao 89 và ấn nút START nếu chọn vị trí điều khiển la LOCAL.Nếu chọn vị trí AUTO thì động cơ lai bơm dầu nhờn sẽ tự động khởi động lên. - Đóng các aptomat cấp nguồn cho hệ thống điều khiển: Đóng cầu dao SW - Chuẩn bị mạch khí : Mở các van để thông khí khởi động và khí điều khiển,kiểm tra xem khí có đủ áp lực không để sẵn sàng khởi động . - Kiểm tra xem máy có bị sự cố không. Chọn vị trí điều khiển : REMOTE & AUTO hay LOCAL. 1. Khởi động máy : Khởi động máy bằng nút ấn gắn ngay trên động cơ: Khi máy đang dừng ,máy phát tốc bình thường,máy đã via xong,van dừng không có điện và thanh răng nhiên liệu ở vị trí chạy ta ấn nút START,sau 10s kể từ khi nút START được hoàn nguyên thì lệnh khởi động được hình thành,van khởi động 20A có điện ,khí khởi động làm quaymotor khí, máy được gài số,máy bắt đầu hình thành tốc độ,tốc độ động cơ đạt trên 125 v/p thì đưa tín hiệu đến xoá lệnh khởi động,van khởi động mất điện .Khi tốc độ động cơ đạt trên 200 v/p thì động cơ đã khởi động thành công , đèn báo khởi động thành công.Nếu khởi động không thành công thì ấn nút START để khởi động lại máy Chế độ khởi động máy từ xa và tự động hoặc tại bảng điều khiển máy : -Khi máy phát tốc bình thường,máy đã via xong,thanh răng nhiên liệu ở vị trí chạy,van dừng máy không có điện thì đèn báo sẵn sàng khởi động .Chọn vị trí điều khiển REMOTE & AUTO hay LOCAL .Nếu chọn LOCAL tại bảng điều khiển máy ta ấn nút START .Nếu chọn REMOTE & AUTO ,nếu muốn khởi động từ xa ta ấn nút START tại bàn điều khiển trung tâm,nếu để máy hoạt động ở chế độ tự động thì tuỳ vào yêu cầu của tải mà hệ thống sẽ đóng tiếp điểm đưa tín hiệu vào khởi động máy tự động.Khi có lệnh khởi động từ xa hoặc tự động hoặc tại chỗ thì lệnh khởi động máy được hình thành ,van khởi động máy 20A có điện mở gió khởi động , động cơ khí quay làm quay trục khuỷu của động cơ .Khi tốc độ động cơ đạt trên 125 v/p thì hệ thống đưa tín hiệu đến xoá lệnh khởi động,van khởi động mất điện,tốc độ động cơ đạt trên 200 v/p thì máy đã khởi động thành công, đèn báo máy khởi động thành công . - Nếu sau 27s mà tốc độ động cơ không đạt 200 v/p thì máy khởi động lỗi. - Nếu sau 7s kể từ khi lệnh khởi động được hình thành mà động cơ chưa gài số thành công hoặc gài số thành công nhưng tốc độ động cơ chưa đạt 125 V/P thì hệ thống đưa tín hiệu đến cắt điện van khởi động ,và sau 10s nữa đưa tín hiệu đến cấp điện cho van khởi động ,máy được khởi động lại . Quá trình khởi động lỗi : Khi có lệnh khởi động máy ,van khởi động 20A có điện .Nếu tốc độ máy đạt trên 200 V/P thì máy đã khởi động thành công.Nếu sau 27 s kể từ khi hình thành lệnh khởi động mà tốc độ động cơ không đạt 200 V/P thì đèn báo máy khởi động lỗi sáng.Hệ thống đưa tín hiệu 57 xoá lệnh khởi động máy và đưa ra lệnh dừng máy,van dừng an toàn 20ST có điện,máy được dừng và không cho khởi động nữa. - Sau khi đã tiến hành sửa chữa,khắc phục những nguyên nhân gây ra khởi động lỗi ,lúc này thanh răng nhiên liệu vẫn ở vị trí dừng,ta ấn nút reset hệ thống, đèn báo khởi động lỗi vẫn sáng,van dừng an toàn mất điện, đưa thanh răng nhiên liệu về vị trí chạy, đèn báo sẵn sàng khởi động sáng.Máy có thể khởi động lại. 2 . Dừng máy Dừng bình thường : Khi máy đang chạy,tốc độ đạt trên 200 V/P, đèn báo máy đang chạy,tại bảng điều khiển máy ta ấn nút STOP,hoặc chọn vị trí điều khiển REMOTE & AUTO và tại bảng điện chính ấn nút STOP hoặc có lệnh dừng tự động(tuỳ theo mức độ tải của tàu) thì lệnh dừng máy được hình thành .Hệ thống đưa tín hiệu đến kích thích van dừng bình thường 20ST ,khí điều khiển được đưa vào xi lanh đưa thanh răng nhiên liệu dần dần về vị trí tận cùng,tốc độ máy giảm dần đến khi dừng hẳn .Khi máy đã dừng hẳn thì van dừng thôi không được kích thích nữa ,và máy có thể khởi động lại Khi thực hiện lệnh dừng máy bằng cách ấn nút tại chỗ hoặc từ xa hoặc tự động thì hệ thống báo động áp suất và nhiệt độ ngừng làm việc. Dừng sự cố +Dừng sự cố bằng tay Tác động trực tiếp vào thanh răng nhiên liệu đưa thanh răng nhiên liệu về vị trí dừng,cắt đột ngột nhiên liệu vào động cơ, động cơ dừng đột ngột.Khi đó hệ thống báo động và bảo vệ áp suất,nhiệt độ nước làm mát ngừng hoạt động.Sau khi máy dừng hẳn ta đưa thanh răng nhiên liệu về vị trí chạy để sẵn sàng cho lần khởi động sau +Dừng sự cố tự động Khi máy đang chạy xảy ra ít nhất 1 trong 3 nguyên nhân : nhiệt độ nước làm mát cao, áp suất dầu bôi trơn giảm thấp,quá tốc diezel thì hệ thống sẽ đưa tín hiệu để dừng máy,van dừng an toàn 20ST có điện,đưa nhanh thanh răng nhiên liệu về vị trí dừng,máy được dừng khẩn cấp.Sau khi máy đã dừng ta tiến hành khắc phục các nguyên nhân gây ra sự cố .Lúc này thanh răng nhiên liệu vẫn ở vị trí dừng,các đèn báo dừng máy do sự cố vẫn sáng .Ta ấn nút RESET hệ thống lúc đó van 20ST không có điện .Ta đưa thanh răng nhiên liệu về vị trí khởi động,van dừng không có điện ,máy có thể khởi động lại. Đèn báo máy sẵn sàng khởi động. 3. Chức năng báo động và bảo vệ dừng máy Sau khi máy khởi động thành công 30s tốc độ khởi động 7080% tốc độ định mức thì hệ thống mới đưa hệ thống báo động và bảo vệ áp suất dầu bôi trơn và nhiệt độ nước làm mát vào hoạt động .Và sau 10 phút kể từ khi máy khởi động thành công thì đưa hệ thống báo động sự chênh lệch áp suất giữa 2 đầu bộ lọc dầu nhờn vào hoạt động. Sau khi hệ thống báo động và bảo vệ áp suất dầu nhờn , nhiệt độ nước làm mát vào hoạt động nếu vì những lý do nào đó mà xảy ra ít nhất 1 trong 3 sự cố sau : nhiệt độ nước làm mát cao, áp suất dầu bôi trơn giảm thấp,quá tốc diezel thì hệ thống sẽ đưa tín hiệu để thực hiện lệnh dừng diezel .Ngay sau khi lệnh dừng được phát ra thì hệ thống báo động và bảo vệ áp suất ngừng tham gia vào hệ thống ,sau đó hệ thống đưa tín hiệu đến cấp điện cho van điện từ dừng an toàn 20ST , thanh răng nhiên liệu được đưa về vị trí STOP ngắt đột ngột nhiên liệu vào động cơ,diezel được dừng khẩn cấp. Sau khi máy đã dừng ta tiến hành khắc phục các nguyên nhân gây ra sự cố .Lúc này thanh răng nhiên liệu vẫn ở vị trí dừng,các đèn 58 báo dừng máy do sự cố vẫn sáng .Ta ấn nút RESET hệ thống lúc đó van 20ST không có điện .Ta đưa thanh răng nhiên liệu về vị trí khởi động,van dừng không có điện ,máy có thể khởi động lại. Đèn báo máy sẵn sàng khởi động. Hệ thống có các đèn báo máy chạy,báo quá tốc khi xảy ra qua tốc,báo nhiệt độ nước làm mát cao,báo áp suất dầu nhờn giảm thấp khi xảy ra sự cố +Hệ thống được giám sát và báo động bằng hệ thống giám sát máy tính,các thông số giám sát là : (Sơ đồ:0610-002-24) - Các tín hiệu số : -ENGINE RUN(RUN:ON) : Tiếp điểm đóng khi máy chạy. -START FAILURE(FAIL: OFF) : Tiếp điểm mở khi khởi động lỗi. -OVER SPEED : Tiếp điểm mở khi quá tốc diezel. - LO LOW PRESS : Tiếp điểm mở khi áp suất dầu nhờn giảm thấp. - H/T FW HIGH TEMP : Tiếp điểm mở khi nhiệt độ nước làm mát cao. - MANUAL EMERGENCY STOP(STOP: OFF) : Tiếp điểm mở khi dừng an toàn . - CONTROL/SAFETY POWER FAILURE : Tiếp điểm mở khi nguồn điều khiển và nguồn an toàn bị lỗi. - FO HIGH PRESS PIPE LEAK :Tiếp điểm mở khi mức rò rỉ dầu đốt cao. -T/C LO LOW PRESSURE : Tiếp điểm mở khi áp suất dầu nhờn tua bin tăng áp giảm thấp. - CONTROL AIR LOW PRESSURE : Tiếp điểm mở khi áp suất khí điều khiển giảm thấp. - LO STRAINER DIFF PRESS HIGH: Tiếp điểm mở khi sự chênh lệch áp suất ở 2 đầu bộ lọc dầu nhờn cao. - LO STRAINER DIFF PRESS ALARM REPOSE : Tiếp điểm thời gian phản ứng báo động cho sự chênh lệch áp suất ở 2 đầu bộ lọc dầu nhờn. - Các tín hiệu tương tự : - PRESS .TRANSMITTER FOR H/T F. W : Bộ biến đổi áp suất cho cảm biến áp lực nước làm mát . - PRESS .TRANSMITTER FOR L.O : Bộ biến đổi áp lực dầu nhờn. - PRESS .TRANSMITTER FOR F.O : Bộ biến đổi áp lực dầu đốt - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR H/T F. W –ENG. OUTLET :Cảm biến nhiệt độ nước làm mát máy ở đường ra. - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR L.O –ENG. INTLET :Cảm biến nhiệt độ dầu nhờn ở đường vào. - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR EXH.GAS-T/C OUTLET:Cảm biến nhiệt độ khí xả ở đầu ra tua bin tăng áp. - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR EXH.GAS-T/C INLET-NO.1~3 CYL:Cảm biến nhiệt độ khí xả ở đầu vào tua bin tăng áp của xilanh 1-2-3. - RESISTANCE BULB Pt 100 FOR EXH.GAS-T/C INLET-NO.4~6 CYL:Cảm biến nhiệt độ khí xả ở đầu vào tua bin tăng áp của xilanh 4-5-6. 4. Hệ thống cung cấp dầu bôi trơn cho Diesel 4.1 Giới thiệu phần tử Nguồn cho mach động lực là 400V 50HZ. Nguồn cho hệ thống điều khiển qua biến áp TR 400/220,24V ,50VA . 89 : Cầu dao cấp nguồn cho hệ thống. 88 : Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ lai bơm dầu nhờn . 51 : Rơ le nhiệt. 59 M : Động cơ lai bơm . GLO – PRB : Vỉ điều khiển động cơ lai bơm. START,STOP : Nút khởi động và dừng động cơ khi điều khiển bằng tay tại chỗ. 43C : Công tắc chon vị trí điều khiển LOCAL hay AUTO đặt tại bảng điều khiển diezel. PC25--PC12 : Tiếp điểm cảm biến ,khi diezel chạy thì mở ra . PC19--PC6 : Tiếp điểm cảm biến áp suất dầu bôi trơn,mở ra khi áp suât dầu nhờn giảm thấp. PB – LR : Nút ấn reset lại hệ thống khi áp suất dầu nhờn cung cấp không đủ áp lực buộc hệ thống ngừng làm việc. WL – L : Đèn báo nguồn. GL – L : Đèn báo động cơ hoạt động. RL – L : Đèn báo bơm cung cấp bị lỗi(quá tải,mất điện áp, đứt cầu chì, áp suất dầu nhờn cung cấp không đủ áp lực). C17,C18 ,C19,C20 : Các tín hiệu đưa đến giám sát. 4.2 Nguyên lý hoạt động Bật cầu dao 89 để cấp nguồn cho hệ thống .Khi thực hiện lệnh dừng động cơ diezel ,tốc độ động cơ giảm xuống nhỏ hơn 200V/P .Nếu chọn chế độ điều khiển LOCAL và ấn nút START ,hoặc chọn chế độ điều khiển AUTO (tiếp điểm PC25--PC12 đóng) thì lúc đó vỉ điều khiểnGLO – PRB đưa tín hiệu cấp điện cho công tăc tơ 88 ,cấp nguồn cho động cơ hoạt động,bơm dầu nhờn cung cấp cho động cơ diezel, đèn GL – L sáng báo động cơ hoạt động.Sau 30 s kể từ khi động cơ lai bơm hoạt động thì hệ thống mới đưa mạch cảm biến áp suất dầu nhờn cung cấp vào hoạt động . Khi động cơ lai bơm đang hoạt động và có lệnh khởi động động cơ diezel,tốc độ động cơ diezel đạt trên 200 V/P (khởi động thành công) ,ta ấn nút STOP nếu chế độ điều khiển LOCAL,hoặc chế độ điều khiển AUTO (Tiếp điểm PC25--PC12 mở ) thì công tắc tơ 88 mất điện ngừng cấp nguồn cho động cơ lai bơm, động cơ ngừng hoạt động. Lúc này động cơ diezel hoạt động và tự lai bơm cung cấp dầu nhờn cho nó. 4.3. Các báo động và bảo vệ Bảo vệ quá tải cho động cơ lai bơm nhờ rơ le nhiệt 51.Khi động cơ bị quá tải thì tiếp điểm 51 mở ra ,công tắc tơ 88 mất điện , động cơ ngừng hoạt động. Sau khi động cơ hoạt động được 30 s mà áp lực dầu cung cấp không đủ thì tiếp điểm cảm biến PC19--PC6 mở ra ,88 mất điện , động cơ ngừng hoạt động. Nếu hệ thống bị mất điện áp, đứt cầu chì thì bơm ngừng hoạt động.Sau khi đã sửa chữa các nguyên nhân gây ra sự cố cho hệ thống thì cho hệ thống hoạt động trở lại CHƯƠNG VI : MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ BẢO VỆ MÁY PHÁT *Hệ thống máy phát điện tàu SAN-FELICE Tàu San-Felice bao gồm có ba máy phát đồng bộ loại không chổi than công suất như nhau là DG1,DG2 và DG3 có công suất 750KVA, điện áp 450V, tần số 60 Hz,dòng định mức 962A.và một máy phát sự cố có công suất 125KVA . Máy phát được trang bị các hệ thống tự động như : Tự động điều chỉnh điện áp Tự động phân bố tải 60 Tự động hoà đồng bộ Trong quá trình công tác của máy phát trên tàu SAN FILICE còn được trang bị các hệ thống bảo vệ cho máy phát như : Bảo vệ công suất ngược Bảo vệ quá tải Bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ thấp áp và cao áp Trên tàu được trang bị hệ thống quản lý nguồn bằng máy tính hiện đại . Hệ thống quản lý công suất của các máy phát đưa lên thanh cái và so sánh với công suát của các phụ tải . Từ đó đưa ra các lệnh điều khiển máy phát công tác độc lập hoặc công tác song song với nhau. Hệ thống còn đưa ra tín hiệu báo máy phát bị sự cố và dừng máy phát Như vậy trạm phát điện trên tàu SAN FILICE được trang bị các hệ thống tự động cao và hiện đại , được ứng dụng nhiều trên các tàu hiện nay I. Cấu tạo và các thông số kỹ thuật chính của A C GENERATOR 1.Các thông số kỹ thuật chính của A C GENERATOR Rated Ouput/Revolution 600KW / 900 min-1 Rated Voltage / Current A C 450 V / 962 A No.of Phase / Frequency Ө 3 / 60 Hz Power Factor 0.8 Insulation class F Enclosure / Cooling Drip-Proof / Self-ventilating Type of Bearing / Lubrication Double / Self-Lubrication Coupling of Eng.and Gen. Rigid Manufacture TAIYO ELECTRIC CO. LTD 2.Cấu tạo (sơ đồ 3M050-831) 1 OIL GAUGE Máy đo 2 SLEEVE BEARING SHIELD Sự chịu đựng lực 3 STATIC EXCITER Bộ kích từ tĩnh 4 FRAME Cơ cấu 5 DAMPER BAR Thanh giảm âm,giảm sóc 6 OIL RING Vòng đai dầu 7 SLEEVE BEARING Sự chịu đựng lực 8 BEARING CASE Thùng chịu lực 9 THERMO METER Nhiệt kế 10 ARMATURE COIL FOR EXCITER Lõi dây của bộ kích từ 11 ARMATURE CORE FOR EXCITER Lõi dây trong của bộ kích từ 12 FIELD COIL FOR EXCITER 61 13 FIELD COIL FOR EXCITER 14 END BRACKET Điểm kết thúc 15 ROTATING RECTIFIER Máy chinh lưu cầu 16 DISCHARGE RESISTOR Điện trở phóng điện 17 ROTOR CLAMPER Bộ giữ rotor 18 STATOR CORE Lõi stator 19 DUCT PIECE ống nối 20 ROTOR CORE Lõi rotor 21 STATOR CLAMPER Bộ giữ stator 22 STATOR COIL Dây stator 23 ROTOR COIL Dây rotor 24 DAMPER PLATE Bản giảm âm,chống rung,giảm tiếng ồn 25 FAN Quạt gió 26 FAN BOSS Quạt gió chủ 27 THERMO METTER Nhiệt kế 28 BEARING CASE Thùng chịu lực 29 SLEEVE BEARING Sự chịu đựng lực 30 SHAFT Trục máy 31 OIL RING Vòng đai dầu 32 VENTILATION COVER Nắp thông gió 3. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu SAN-FELICE Hệ thống điều chỉnh điện áp được lắp đặt trên tàu SAN FELICE do hãng TAIYO của Nhật Bản chế tạo. Hệ thống được xây dựng dựa trên nguyên lí kết hợp giữa phức hợp pha song song với điều chỉnh theo độ lệch. Trong đó phần phức hợp pha có nhiệm vụ đưa điện áp tăng bằng 110% Uđm sau đó phần điều chỉnh theo độ lệch sẽ kéo điện áp trở về Uđm và giữ điện áp của máy phát ổn định bằng giá trị định mức. Hệ thống thực hiện các chức năng sau : - Tự kích. - Ổn định điện áp. - Tự động phân chia tải vô công. 3.1 Giới thiệu phần tử và chức năng phần tử trong hệ thống. * Mạch máy phát chính và máy phát kích từ G : Đây là máy phát không chổi than. SPACE HEATER : Điện trở sấy cho máy phát. F1 ( Generator Field ) : Cuộn kích từ máy phát chính. F2 ( Exciter Fields ) : Cuộn kích từ máy phát kích từ. EX : Phần ứng máy phát kích từ. Si1 : Cầu chỉnh lưu ba pha cấp nguồn cho cuộn kích từ của máy phát chính. Si2 : Cầu chỉnh lưu cấp nguồn cho cuộn kích từ của máy phát kích từ . Rc : Điện trở phóng điện nhằm bảo vệ cho cuộn dây kích từ F2 RT ( Reactor ) : Cuộn cảm để lấy tín hiệu áp ( Iu ) cho mạch phức hợp. 62 CT ( Current Transformer ) : Biến dòng để lấy tín hiệu dòng ( Ii ) cấp cho mạch phức hợp. * Mạch AVR PT1 : Biến áp lấy tín hiệu điện áp thực E1 của máy phát và tạo ra nguồn nuôi mạch khuyếch đại và điều chỉnh AVR. CCT : Biến dòng lấy tín hiệu dòng cho mạch phân bố tải vô công. CCR : Biến trở điều chỉnh đặc tính ngoài máy phát qua đó phân bố tải vô công khi máy phát công tác song song . D1, D9 , D13 : Các cầu chỉnh lưu. Z1 : Điode zenner tạo tín hiệu điện áp chuẩn E2. VR : Biến trở để chỉnh giá trị điện áp không tải của máy phát. Q1 : Khuyếch đại thuật toán để khuyếch đại tín hiệu độ lệch E3. C8, C9, R11: Làm nhiệm vụ bù tần số tạo tính ổn định cho Q1. Q3 , Q4 : Các Tranzitor tạo ra mạch khuyếch đại công suất hai tầng nhận tín hiệu từ PID, và có chức năng điều khiển pha. Q5 : Tranzitor một tiếp giáp UJT tạo xung. Z2 , Z3 : Các Điode zener tạo điện áp ổn định cho nguồn nuôi mạch PID và mạch điều khiển xung. C1 , C12, C13: Các tụ điện có chức năng san bằng điện áp sau chỉnh lưu. PT3: Biến áp xung nhận tín hiệu ra của mạch tạo xung. L1 , R25 , C14 : Mạch lọc để khử sóng hài bậc cao. SCR1, SCR2 : Các thyristor điều khiển thực hiện chức năng đưa tín hiệu độ lệch vào để điều chỉnh điện áp. PT2 : Biến áp cấp nguồn cho mạch tạo tín hiệu đồng bộ. Q2 : Khuyếch đại thuật toán thực hiện chức năng tạo điện áp đồng bộ có tín hiệu ra so sánh với điện áp đặt của Z5 đưa đến điều khiển Q4. ACB AUX CONT : Tiếp điểm phụ thường đóng của aptomat thực hiện công tác phân bố tải vô công khi công tác song song ( tiếp điểm phụ ACB mở ra ). Khi công tác độc lập nó đóng lại ngắn mạch biến dòng CCT. 3.2 Nguyên lý hoạt động. a. Quá trình tự kích ban đầu. Khi khởi động Diesel lai máy phát đến tốc độ định mức, nhờ có từ dư ở lõi thép của máy phát kích từ nên ở cuộn dây phần ứng máy phát chính sẽ cảm ứng được tín hiệu điện áp dư có giá trị khoảng (2 5%) Uđm. Vì có tín hiệu phản hồi điện áp ở phần điều chỉnh của khối phức hợp pha song song, khi đó sẽ có tín hiệu đưa đến điều chỉnh tăng dòng kích từ của máy phát nên, làm cho điện áp của máy phát tăng lên nhanh chóng.Nếu không có tín hiệu từ bộ hiệu chỉnh AVR tác động đến cuộn kích từ thì điện áp máy phát chính sẽ lên tới 110%Uđm. Sau đó nhờ có bộ AVR mà điện áp máy phát được kéo trở về bằng giá trị định mức. b. Quá trình ổn định điện áp của máy phát Hệ thống gồm hai phần là phần điều chỉnh và phần hiệu chỉnh, phần điều chỉnh là phần phức hợp pha song song. phần hiệu chỉnh là điều chỉnh theo độ lệch ( AVR ). Kênh điều chỉnh là kênh điều chỉnh theo phức hợp pha, luôn phải đảm bảo dòng kích từ cho máy phát để máy phát luôn đạt điện áp 110%Uđm . Tín hiệu điện áp được lấy từ hai 63 pha R,T đưa đến cộng với tín hiệu dòng được lấy qua biến dòng CT. hai tín hiệu này được cộng áp rồi đưa vào bộ chỉnh lưa Si2, dòng tổng hợp được đưa vào cuộn kích từ KJ của máy kích từ. máy kích từ đưa tín hiệu điều chỉnh cuộn kích từ máy phát chính. Kênh hiệu chỉnh là kênh điều chỉnh theo độ lệch ( AVR ). Bộ hiệu chỉnh AVR tác động đến cuộn kích từ máy phát chính để điện áp máy phát được kéo từ điện áp 110%Uđm trở về giá trị định mức. Tín hiệu điện áp thực của máy phát được cảm biến bởi biến áp PT1 , qua cầu chỉnh lưu ba pha D1 tạo điện áp E1. Điện áp E1 tỉ lệ tuyến tính với điện áp thực của máy phát. Điện áp chuẩn E2 tạo bởi diode zener Z1, hai tín hiệu điện áp E1 và E2 được so sánh với nhau và tạo ra tín hiệu độ lệch E3 ( E3 = E2 – E1 ). Tín hiệu độ lệch điện áp E3 được đưa vào cửa đảo của khuyếch đại thuật toán Q1 thông qua điện trở R7, R8. Sau khi qua mạch khuyếch đại PID tín hiệu ra được khuyếch đại thành E3’ đưa đến mạch khuyếch đại và tạo xung điều khiển. Mạch PID: Trong mạch này tụ C5 tạo ra khâu vi phân, tụ C7 tạo ra khâu tích phân. Tín hiệu độ lệch điện áp E3 sau khi qua mạch PID sẽ được khuyếch đại và đảo cực tính thành E3 ’, đưa tới chân bazơ ( B ) của Tranzitor Q3 thông qua điện trở R14 và diode D3. Khi điện áp thực của máy phát lớn hơn điện áp chuẩn thì tín hiệu độ lệch E3 sau khi so sánh sẽ mang giá trị âm . Sự sai khác càng lớn thì điện áp đặt vào cửa đảo của khuyếch đaị thuật toán Q1 càng lớn. Tín hiệu ra từ cửa ra của khuyếch đại đảo Q1 mang giá trị dương , đưa đến chân bazơ B của Q3 dẫn đến Q3 thông hơn và sụt áp trên R16 lớn . Do đó làm cho tụ C10 được nhanh hơn dẫn đến tranzitor một tiếp giáp UJT Q5 phát nhanh hơn theo chu kì của hai điện áp đặt vào hai chân A-B ( khối mạch thyristor chính ). Tín hiệu xung do Q5 phát ra được khuyếch đại qua biến áp xung PT3. Sau đó xung từ thứ cấp biến áp xung được đưa tới chân điều khiển G1- K1, G2 - K2 của hai thyristor SCR1, SCR2 làm cho hai thyrisror này thông hơn. Lúc này dòng rẽ nhánh vào hai chân A- B của mạch thyristor chính tăng lên . Do đó dòng điện đi vào cầu chỉnh lưu Si2 sẽ giảm đi . Dẫn đến điện áp một chiều sau chỉnh lưu đưa đến cuộn kích từ F2 của máy phát kích từ sẽ giảm , làm giảm dòng kích từ của máy phát chính dẫn đến điện áp của máy phát sẽ giảm đến khi đạt giá trị định mức. Khi đó độ lệch E3 sẽ đạt giá trị nhất định tương ứng với góc mở nhất định của hai thyristo SCR1 và SCR2 làm cho dòng kích từ qua cuộn kích từ F2 đạt giá trị định mức, dẫn đến điện áp máy phát luôn bằng giá trị định mức. +Nguyên lí hoạt động mạch điều khiển đồng bộ pha. Đây là mạch điều khiển pha kết hợp với mạch điều khiển xung để tạo xung đồng bộ mở các thyristor SCR1 và SCR2. Nguyên lí hoạt động như sau: Ở nửa chu kì đầu (0  ) điện áp là dương. Khi đó điện áp dương đặt lên thyristor SCR1 và tín hiệu E3 ’ có giá trị lớn, làm cho tụ C10 được nạp nhanh hơn đến một giá trị điện áp phóng, Q5 sẽ phát xung điều khiển thyristor SCR1 thông , khi đó sẽ sun cuộn sơ cấp của biến áp PT2 lại làm cho tín hiệu áp ở đầu thứ cấp đặt lên cầu chỉnh lưu D13 gần như bằng 0. Điện áp đặt lên R32 có giá trị gần như bằng 0 mà điện áp trên R33 lại có giá trị khác 0, dẫn đến có tín hiệu điện áp đưa vào cửa vào của khuyếch đại thuật toán Q2. Tín hiệu ở cửa ra được khuyếch đại và có giá trị dương lớn. Làm cho điện áp thế đặt vào bazơ của tranzitor Q4 có giá trị lớn làm Q4 thông hơn và sun C10 lại. Ở nửa chu kì điện áp âm (  2 ) : Lúc này SCR1 khoá ( thôi dẫn ), dẫn đến điện áp đặt vào sơ cấp của biến áp PT2 lớn bằng điện áp máy phát. Tín hiệu áp từ thứ cấp đưa đến 64 cầu chỉnh lưu D13 và giá trị đặt lên R32 có giá trị dương lớn đi qua bộ khuyếch đại đảo Q2. Tín hiệu đầu ra của Q2 có giá trị nhỏ đi, điện áp rơi trên R30 nhỏ làm cho Q4 khoá bớt lại ( bớt thông ). Khi đó tụ C10 nhanh chóng được nạp điện đạt đến giá trị điện áp phóng để Q5 phát xung điều khiển mở thyristor SCR2. Như vậy thời gian nạp của tụ C10 nhanh hay chậm để đạt đến điện áp phóng được quyết định bởi giá trị độ lớn E3, cũng có nghĩa là dòng rẽ nhánh tăng hay giảm là phụ thuộc vào giá trị E3. c. Chỉnh định hệ thống VR : Chỉnh định điện áp ban đầu khi máy phát không tải. Nó được lắp đặt trên bảng điện chính. R1 : dùng để chỉnh định điện áp máy phát trong giới hạn 5%Uđm. CCR : biến trở để chỉnh định điện áp khi hai máy phát công tác song song để phân bố tải vô công. 3.3. Đánh giá hệ thống. Qua phân tích trên ta thấy đây là một trong những hệ thống mới, hiện đại. Hệ thống có cấu trúc gọn nhẹ, có độ chính xác và ổn định cao . Độ chính xác tĩnh 1% khi cos = 0,8 và tốc độ quay dao động không quá 3% nđm được sử dụng nhiều trên các đội tàu thế giới . II.Các loại bảo vệ máy phát điện 1. Khái niệm chung a. Khái niệm : Trong quá trình vận hành, khai thác hệ thống điện năng tàu thuỷ, luôn có khả năng xẩy ra sự cố hoặc hư hỏng, ở mỗi chế độ công tác khác nhau, chính vì vậy ở những hệ thống này phải có những thiết bị bảo vệ đặc biệt. Thông thường trong hệ thống nào cũng bao gồm một hoặc nhiều thiết bị bảo vệ riêng biệt. b. Những yêu cầu trong việc bảo vệ. Tính chất chọn lọc: Nghĩa là thiết bị bảo vệ chỉ ngắt mạch những phần tử hư hỏng, sự cố thật, tính chất này sẽ đảm bảo độ tin cậy hoạt động liên tục của các phụ tải tiêu thụ . Tính tác dụng nhanh: Khi xẩy ra sự cố ở các phần tử thì thiết bị bảo vệ tương ứng phải tác động nhanh chóng để bảo vệ được phần tử sự cố và rút ngắn thời gian gây ảnh hưởng xấu đến hộ tiêu thụ điện khác. Thời gian tác động không quá 0,1 – 0,15 ( s ). Độ tin cậy: Các thiết bị bảo vệ luôn luôn nằm trong tư thế sẵn sàng hoạt động và chỉ hoạt động khi có sự cố thật xẩy ra nên cần có cấu tạo đạt độ tin cậy cao khi hoạt động. Tức là khi có sự cố phải hoạt động ngay và chính xác ( Do đó cấu tạo chúng phải đơn giản, dễ tháo lắp ). Độ nhạy: Là phản ứng kịp thời của các trang thiết bị khi có tín hiệu sự cố xẩy ra, nhằm giảm thời gian hoạt động của các hiện tượng xấu nên các phần tử bị sự cố. Độ nhậy của thiết bị bảo vệ được biểu thị bằng hệ số nhạy cảm Kn : minng n hd I k I  Ingmin : Dòng ngắn mạch nhỏ nhất mà thiết bị hoạt động. 65 Ihd : Dòng hoạt động đã được ghi trước trên bảng thông số. Những phần tử bảo vệ chính là rơle và cầu chì. c. Bảo vệ cho máy phát. Máy phát điện bị hư hỏng là do các nguyên nhân sau:chất cách điện của các cuộn dây stato hay rôto bị hỏng, gây ra ngắn mạch hai pha, ba pha, một pha với vỏ máy, ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng pha, đồng thời ngắn mạch cuộn stato và cuộn rôto với vỏ… Nếu cuộn dây stato hỏng không chỉ gây ra dòng lớn mà còn gây ra tia lửa điện (hồ quang điện ) đốt cháy lõi thép stato đòi hỏi phải sửa chữa khôi phục rất phức tạp Nếu ngắn mạch cuộn dây roto với vỏ máy tại hai điểm , phần cuộn dây còn lại có dòng lớn phát nóng , từ trường kích từ sẽ không đối xứng gây ra lực cơ học làm chấn động máy phát Trường hợp rất nguy hiểm là sự hư hỏng của máy phát gây cháy do hồ quang điện, đốt cháy chất cách điện và từ đó gây hoả hoạn lớn do tác động của quạt gió. Cũng là chế độ công tác không bình thường của máy phát nếu nó bị tải không đối xứng với dòng lớn và dòng của máy phát lớn hơn dòng định mức do ngắn mạch ở ngoài máy phát hoặc quá tải của một phụ tải co công suất lớn Trong hệ thống năng lượng tàu thuỷ ngoài những sự cố đã kể trên đối với máy phát còn có khả năng chuyển sang chế độ công tác như động cơ Tóm lại máy phát điện trong trạm phát điện tàu thuỷ cần có các bảo vệ sau : Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát. Bảo vệ quá tải cho máy phát. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát. Bảo vệ điện áp thấp cho máy phát. Trong thực tế còn một số bảo vệ khác nữa ngoài các bảo vệ kể trên nhưng chúng được sử dụng rất hữu hạn cho các trường hợp đặc biệt. 2.Các loại bảo vệ máy phát điện 2.1. Bảo vệ quá tải Trong quá trình công tác hiện tượng quá tải thường xuyên xẩy ra đối với máy phát do các nguyên nhân sau: Do tự động cắt bớt các máy phát công tác song song. Do trực tiếp khởi động các động cơ dị bộ có công suất lớn. Tự động khởi động các động cơ dị bộ sau khi loại trừ điểm ngắn mạch Do quá tải của những động cơ có công suất lớn. Do phân chia tải không đều giữa các máy phát công tác song song. 66 Do ngắn mạch nên gây ra sự gia tăng nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép của những phần tử có dòng chạy qua dẫn đến cháy hoặc già hoá chất cách điện. Do quá tải máy phát có thể bị cắt ra khỏi mạng dẫn đến mất điện toàn tầu. * Quy định các mức quá tải. Máy phát luôn được thiết kế để chịu quá tải 1,1Iđm trong thời gian 15 phút hoặc dài hơn nếu sau thời gian đó vẫn bị quá tải ở mức ấy thì phải có báo bằng chuông hay còi. Khi dòng quá tải lớn hơn 1,1Iđm ÷ 1,5Iđm thì thiết bị cắt có độ trễ thời gian phải hoạt động đảm bảo thời gian chưa vượt quá thời gian cho phép khi dòng quá tải Iqt =1,5Iđm. Độ trễ hoạt động của thiết bị bảo vệ không được chậm quá 2 phút đối với máy phát xoay chiều và không quá 1,5(s) với máy phát 1chiều. Khi dòng máy phát IMF > 1,5Iđm ta coi đó là dòng ngắn mạch và thiết bị bảo vệ ngắn mạch phải hoạt động. Bảo vệ quá tải trên tàu SAN FELICE 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 13-14/K82.3/182 sẽ đóng vào làm cho rơle K182.2 có điện : Tiếp điểm 03-04/K182.2/184 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat cấp điện cho các thiết bị làm hàng,cắt chúng ra khỏi lưới. Các tiếp điểm 21-22/K182.2/192 và 13-14/K182.2/242 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 67-68/K182.2/ 182 sẽ đóng vào làm cho role K182.5 có điện làm cho : Tiếp điểm 03-04/K182.5/185 và 13-14&43-44&53-54&73-74/186 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat, ngắt bớt một số phụ tải ra khỏi lưới. Các tiếp điểm 21-22/K182.5/192 và 63-64/K182.5/242 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 6-7/K82.3/093 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 . 2.2. Bảo vệ ngắn mạch. Nguyên nhân: Ngắn mạch là sự nối kín giữa các pha hoặc giữa các pha với đất hoặc giữa pha và dây trung tính. Nguyên nhân là do sự hư hỏng chất cách điện của các phần tử dẫn điện vì có sự già hóa tự nhiên hay sự quá áp, bảo dưỡng các thiết bị không đúng quy 67 trình hoặc do các hư hỏng cơ khí. Ngoài ra còn do sự hoạt động nhầm lẫn của người vận hành. Hậu quả: Dòng ngắn mạch nhìn chung là rất lớn và tùy thuộc và điểm ngắn mạch, nó có thể đạt đến hàng trăm nghìn ampe nên hậu quả mà nó gây ra là rất lớn. Ta có thể quan tâm đến những tác hại sau đây: Làm tăng nhiệt độ hoặc làm nóng chảy, đốt cháy các phần tử mà nó đi qua gây ra hỏng các thiết bị đó do nhiệt. Dòng ngắn mạch làm xuất hiện lực tương hỗ rất lớn giữa các phần tử dẫn điện gây ra sự phá hủy cơ khí. Có thể làm vỡ các trụ đỡ, khí cụ, thanh cái hoặc các vật cố định khác. Dòng ngắn mạch gây ra sự sụt áp đột ngột rất lớn làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải. Để bảo vệ ngắn mạch người ta thường dùng: cầu chì, các loại aptomat hoạt động nhanh. Trên tàu thủy được ứng dụng ba nhóm aptomat để bảo vệ ngắn mạch: a. Aptomat cổ điển: Thời gian ngắt mạch khoảng vài ba nửa chu kỳ. Đây là aptomat không sử dụng thêm các phần tử có thể rút ngắn hay kéo dài thời gian hoạt động. Aptomat cổ điển có thể trang bị cho việc bảo vệ quá tải với thời gian trễ và bảo vệ ngắn mạch không có độ trễ . Hình 6.1 Đặc tính ampe giây của aptomat cổ điển tk : 10  20s , tb : 0,01  0,03s , Igh : Giới hạn dòng bảo vệ quá tải. Nếu dòng đi qua aptomat có trị số từ Igh  I2 , nó sẽ hoạt động theo nguyên tắc bảo vệ 68 quá tải. Còn khi dòng từ I2  I3 , cơ cấu bảo vệ ngắn mạch sẽ hoạt động với thời gian t = 0,01  0,03s. b. Aptomat chọn lọc: Trong cấu trúc của aptomat chọn lọc được lắp đặt thêm phần tử cho phép kéo dài thời gian hoạt động khi bảo vệ ngắn mạch. Với điều kiện công tác trên tầu thuỷ, kéo dài thời gian hoạt động của aptomat với độ trễ ngắn, cao nhất là 0,5s. tk = 10 ÷ 20s ; tz : 0,1  0,5s ; tb = 0,01 ÷ 0,03s Hình 6.2 : Đặc tính của aptomát chọn lọc. Aptomat chọn lọc với phần tử ngắt có độ trễ thời gian ngắn có thể lắp đặt thêm phần tử ngắt có độ trễ thời gian dài hơn để bảo vệ quá tải, hoặc phần tử không có độ trễ để bảo vệ ngắn mạch. Các aptomat như vậy sẽ hoạt động không có độ trễ thời gian nếu có dòng ngắn mạch lớn. Còn nếu dòng ngắn mạch nhỏ thì hoạt động vẫn có độ trễ ngắn. Như vậy trong aptomat có 2 phần tử bảo vệ ngắn mạch. c.Aptomat hoạt động nhanh: Aptomat hoạt động nhanh được cấu trúc thêm phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động của chính bản thân nó. Nó có khả năng đáp ứng hạn chế được trị số dòng ngắn mạch. Aptomat hoạt động nhanh có khả năng hoạt động ngay nửa chu kỳ đầu tiên của dòng ngắn mạch. Ta có thể đặt phần tử hoạt động nhanh để nó hoạt động trước khi xuất hiện dòng xung kích. Như vậy nó có khả năng hạn chế được dòng ngắn mạch. Với dòng ngắn mạch nhỏ hơn dòng ta đặt ở phần tử hoạt động nhanh thì các phần tử khác sẽ hoạt động 69 giống như aptomat cổ điển và aptomat chọn lọc. ts : Từ vài ms  10 ms . Hình 6.3 : Đặc tính ampe giây của aptomát hoạt động nhanh d. Kết hợp aptomat và cầu chì để bảo vệ ngắn mạch: 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 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. 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. 70 Hình 6.4 Đặc tính ampe - giây kết hợp aptomat và cầu chì 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 . Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát trên tàu SAN FELICE : Trên tàu SAN FELICE việc bảo vệ ngắn mạch cho máy phát người ta dùng aptomat chính. Aptomat thường được sử dụng để bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực và mạch chính : tín hiệu dòng được lấy từ ba pha R-S-T của máy phát đưa tới bộ chuyển đổi dòng điện PA83.2 (current transducer TAC -311DG )/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 này(tiếp điểm 5-6) xuất hiện tín hiệu đưa tới khối PMS. Khối điều khiển PMS điều khiển đóng tiếp điểm 67-68/PMSDG1/085 cấp điện cho rơle K85.9 làm cho tiếp điểm 2-10/K85.9/ 084 mở ra ngắt điện cấp cho cuộn giữ MN của aptomat chính làm aptomat chính mở ra ngắt máy phát ra khỏi lưới.Tiếp điểm 3- 11/K85.9/085 mở ra, không cho phép reset lại aptomat khi chưa khắc phục sự cố ngắn mạch 2.3. Bảo vệ công suất ngược. Khi các máy phát công tác song song với nhau hay với ác qui và các bộ chỉnh lưu, nó có thể trở thành động cơ ( máy phát công tác ở chế độ động cơ). Trong chế độ công tác này chiều của công suất sẽ ngược lại với chế độ công tác của máy phát. Máy phát trở thành một phụ tải tiêu thụ năng lượng điện. a) 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. 71 - 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. b) Hậu quả. Làm cho các máy phát còn lại bị quá tải dẫn đến cắt toàn bộ các máy phát ra khỏi mạng. Mức dầu bị gián đoạn ( hoặc hỏng khớp nối ), khi dầu có trở lại dẫn đến quá tốc của động cơ diezel. c) Các bảo vệ. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát đồng bộ phải có 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 và rơle công suất ngược bán dẫn. Rơle công suất ngược cảm ứng kí hiệu UM – 149. Hình Hình 6.5 Sơ đồ cấu tạo rơle UM – 149 Cấu tạo rơle UM – 149 bao gồm các phần tử như sau . Khung từ 1 và 2, trên khung từ 1 được quấn cuộn dòng 4 và lấy tín hiệu từ biên dòng của máy phát. Trên khung từ 2 được quấn cuộn áp 5 và lấy tín hiệu từ biến áp đo lường. Đĩa 3 bằng nhôm được cố định trên trụ quay có các gối đỡ. Tiếp điểm 8 được cố định cùng với trụ quay của đĩa nhôm 3, tiếp điểm 9 đặt cố định, khi đĩa nhôm 3 được quay theo một chiều nhất định tiếp điểm 8 và 9 được tiếp xúc. Đĩa nhôm 3 chỉ được quay theo hướng nhất định, hướng ngược lại bị hãm bằng chốt, nếu có hiện tượng công suất ngược I ngược pha 180o gọi là I' và I  I' . 72 Muốn có từ trường quay ta phải tạo ra 2 từ thông I và U lệch pha nhau về không gian và thời gian Hình 6.6 sơ đồ véctơ của rơle UM -149 Từ sơ đồ vectơ ( hình 5.17) ta có : Vectơ điện áp đưa vào cuộn áp 5 ( áp ) U(là tín hiệu điện áp dây pha ST), vectơ dòng đưa vào cuộn 4 là I (là dòng pha T). Góc lệch pha giữa U và I là φ, IU dòng chạy trong cuộn áp 5. Do có sự tổn hao nên vectơ  và I lệch nhau một góc nhỏ. Như vậy hai từ thông I và U lệch pha đó tạo ra từ trường quay và gây ra mômen quay trên đĩa nhôm 3 như sau : M1 = K.I. U.sin Khi từ chế độ máy phát chuyển sang chế độ động cơ thì vectơ dòng quay đi một góc 180o. Góc tạo thành giữa I' và vectơ U sẽ là 180o -  và góc tạo bởi ’I và U là 180 o +  , lúc này mômen quay trên đĩa 3 như sau . M2 = K.I'. U.sin( 180 o +  ) = - K.I'. U.sin  Từ biểu thức trên ta rút ra kết luận : khi vectơ dòng quay đi một góc 180o ( tương ứng với chế độ động cơ của máy phát ) thì mômen quay gây ra trên đĩa nhôm 3 sẽ đổi dấu . Đối với rơle UM – 149 muốn điều chỉnh mức công suất ngược hoạt động ta thay đổi số vòng dây của cuộn dòng. Còn muốn điều chỉnh thời gian hoạt động ta thay đổi khoảng cách giữa hai tiếp điểm 8 và 9. + Ưu nhược điểm: Loại UM – 149 đơn giản dễ chế tạo, tuy nhiên nó làm việc không tốt ở môi trường tàu thuỷ vì rung lắc chấn động, hệ số phục hồi nhỏ. Sơ đồ đấu rơle công suất ngược UM – 149. 73 Hình 6.7 Sơ đồ đấu rơle công suất ngược UM – 149. + Rơle công suất ngược điện tử : Hiện nay trên các tàu đóng mới hầu hết được trang bị rơle công suất ngược điện tử . Phần tử quan trọng nhất của thiết bị này là bộ nhạy pha Hình 6.8 Sơ đồ khối rơle công suất ngược điện tử Phần tử nhạy pha cảm biến được chiều công suất và đưa tín hiệu đến bộ khuyếch đại sau đó tín hiệu được đưa đến trigơ  Ura . Bảo vệ công suất ngược cho máy phát (page 082): Khi máy phát xảy ra hiện tượng công suất ngược quá ngưỡng đặt của rơle bảo vệ công suất ngược thì khối RMP-121D ( reverse Power Relay) 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 6-7/K82.2/085 sẽ đóng làm cho rơle K85.5 có điện : Tiếp điểm 7-11/K85.5/085 đóng vào là cho rơle K85.7 có điện : Tiếp điểm 8-12/K85.7/085 đóng vào để tự duy trì cho K85.7 Tiếp điểm 1-9/K85.7/084 mở ra làm cho cuộn giữ MN mất điện làm cho aptomat chính của máy phát mở ra. Bộ nhạy pha Khuếch đại Trigơ Ura U  I  Us Us 74 Tiếp điểm 7-11/K85.7/086 đóng vào cấp điện cho đèn S6 sáng (S6 là nút ấn có đèn đùng để reset aptomat chính của máy phát khi sảy ra sự cố). Tiếp điểm 6-10/K85.5/093 đóng vào đưa tín hiệu vào khối điều khiển báo máy phát bị công suất ngược. Tiếp điểm 5-9/K85.5/242 đóng vào đưa tín hiệu vào máy tính điều khiển đèn báo và chuông báo máy phát bị công suất ngược.. 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 2.4. Bảo vệ điện áp thấp. Khi các máy phát được xác định để công tác song song với nhau hay với các nguồn điện bờ thì việc đóng aptomat sẽ không cho phép nếu kích từ chưa đạt tới ít nhất là 80% trị số định mức. Với mục đích trên ta quan niệm rằng cần có thiết bị khống chế (rơ le) chỉ cho phép đóng aptomat máy phát khi điện áp của nó đã đạt đến trị số điện áp cho trước. Rơle bảo vệ khỏi điện áp thấp được chọn hoạt động với độ trễ đến 0,5(s). Mạch bảo vệ điện áp thấp trên tàu SAN FELICE: 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 80%Uđm thì có tín hiệu điều khiển làm cho rơle K82.8 có điện, sau thời gian trễ đóng tiếp điểm 15-18/K82.8/084 sẵn sàng cấp điện cho mạch đóng aptomat chính lên lưới ở chế độ tự động. Nếu điện áp của máy nhỏ hơn 80% Uđm thì tiếp điểm của K82.8 mở ra ta không thể điều khiển tự động đóng aptomat chính lên lưới. 2.5. Các bảo vệ khác. + Bảo vệ điện áp cao Hiện nay việc bảo vệ điện áp cao thường được thực hiện ở hệ thống điều chỉnh điện áp. Tức là khi có hiện tượng điện áp cao do đứt mạch phản hồi mền hoặc hỏng mạch tín hiệu điện áp máy phát đến phần tử so sánh. Thì trong hệ thống có khối chức năng làm mất dòng kích từ của máy phát tuy nhiên khi máy phát cắt tải đột biến, điện áp của máy phát có thể tăng đột ngột. Do đó khối bảo vệ điện áp cao trong hệ thống sẽ hoạt động và khối này có độ trễ thời gian 0,5(s). + Bảo vệ quá dòng. Quá dòng 110%: Ngắt cầu dao chính của máy phát sau 10 giây. Quá dòng trên 300%: Ngắt cầu dao chính của máy phát sau 0,22 giây. Ngắn mạch hoàn toàn: Ngắt ngay lập tức cầu dao chính. Khi bất cứ đoạn nào bị ngắn mạch dòng đều sẽ tăng lên đột biến lúc đó các thiết bị bảo vệ giữa máy phát và chỗ bị sự cố có thể đồng thời được hoạt động. + Bảo vệ mất pha: Khi bị mất pha sẽ có tín hiệu gửi đến ACB để thực hiện cắt máy phát. 75 Bảo vệ tần số thấp cho trạm phát tàu SAN FELICE: (page 083): Tín hiệu áp của máy phát được đưa vào chân 17-19 của khối Freq.Transducer (FT83.4), 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 sẽ có tín hiệu gửi tới khối PMS ,khối sẽ đóng tiếp điểm 67-68/PMSDG1/085 vào làm cho rơle K85.9 có điện.Quá trình tiếp theo xảy ra tương tự như bảo vệ ngắn mạch. 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. 76 KẾT LUẬN Sau thời gian 12 tuần nỗ lực tìm hiểu tham khảo và nghiên cứu,đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành xong với nội dung gồm hai phần : Phần 1 : TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU SAN FELICE Phần 2 : ĐI SÂU NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DIESEL – MÁY PHÁT VÀ BẢO VỆ TRẠM PHÁT ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành với sự nỗ lực cao của bản thân và trong việc nghiên cứu tìm hiểu một số hệ thống điện trên tàu SAN-FELICE .Bằng những kiến thức đã được trang bị ở trường,kiến thức thực tế trong thời gian thực tập tại nhà máy đóng tàu Phà Rừng và tìm hiểu một số tài liệu tham khảo có liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu,em đã cố gắng trình bày đồ án một cách ngắn gọn và đầy đủ nhất.Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế nên đề tài của em còn nhiều thiếu sót.Qua đây em mong muốn nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là Thầy giáo Ks :Lê Văn Ba để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Ks :Lê Văn Ba ,cùng các thầy cô giáo trong Khoa Điện - Điện tử tàu biển đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Nguyễn Văn Miền Hải phòng tháng năm 2010 77 Tài Liệu Tham Khảo 1.Trạm phát điện tàu thuỷ KS.Bùi Thanh Sơn -Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội -2000 2.Bài giảng Trạm phát điện tàu thủy KS.Bùi Thanh Sơn -Trường ĐHHH 3.Bài giảng Hệ thống tự động Ths.Kiều Đình Bình -Trường ĐHHH 4.Truyền động điện tàu thuỷ KSĐT.Lưu Đình Hiếu -Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội -2004 5.Bài giảng môn máy điện tàu thuỷ Ths .Đỗ Văn Thoả-Trường ĐHHH 6.Một số hệ thống lái đang được sử dụng trên các đội tàu biển Việt Nam KSĐT.Lưu Đình Hiếu -trường ĐHHH 7.Máy điện tàu thủy PGS.TS Thân Ngọc Hoàn-Nhà xuất bản giao thông vận tải 8.Tài liệu kĩ thuật tàu SAN FILICE Công ty đóng tàu PHÀ RỪNG