bộ công thơng
Trờng Cao đẳng công nghiệp việt hung
Báo cáo
đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
đề tài:
NGHIấN CU XY DNG PANEL GIM ST
V IU KHIN QUI TRèNH CễNG NGH
CHO NH MY THU IN VA V NH

chủ nhiệm đề tài: Ths. nguyễn việt dũng
tham gia thực hiện: Ths. Khuất quang tuấn
Ths. Nguyễn hữu sơn
ts. Ngô duy hng 7630
01/02/2010
hà nội 12- 2009
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

1

S phỏt trin nhanh chúng ca khoa hc k thut, cụng ngh thụng tin v cỏc
chng trỡnh in toỏn ó lm thay i v phỏt trin ton b h thng kinh t quc
dõn trờn ton th gii.
Vi s phỏt trin nhanh nn kinh t, cỏc h thng thu thp, giỏm sỏt, x lý d
liu v iu khin cỏc quỏ trỡnh cụng nghip Scada (Supervisory Control And Data
Acquision) ó xut hin ngy cng nhiu trong cỏc lnh vc nh cụng-nụng
nghip, khoa hc v
tr, hng khụng, cụng ngh sinh hc, y hc, mụi trng v
nhiu lnh vc khỏc.
Ngy nay, cỏc thnh tu trong lnh vc t ng hoỏ v cụng ngh thụng tin ó
c nhanh chúng ng dng trong h thng t ng iu khin trm phỏt in.
Ban u, h thng t ng iu khin trm phỏt in s dng cỏc phn t t ng
kiu i
n t, sau ú s dng cỏc phn t bỏn dn, vi mch v hin nay ó s dng
h thng iu khin s. Nh ng dng k thut vi x lý m ngi ta ó ch to th
h nh mỏy thu in c t ng hoỏ cao, thụng minh, cú kh nng thớch nghi
vi mụi trng lm vic v vn hnh ti u trong mi ch lm vic. Đề tài:

NGHIấN CU XY DNG PANEL GIM ST V IU KHIN
QUI TRèNH CễNG NGH CHO NH MY THU IN VA V
NH thc hin xõy dng mụ hỡnh mụ phng cu trỳc ca mt trm phỏt
in trong nh mỏy thu in va v nh.
2 . Mc ớch ti
- Nghiờn cu kho sỏt thc trng h thng thit b in v thit b t ng
húa 3 nh mỏy thy in khu vc phớa bc.
- Nghiờn cu v cỏc h thng t ng húa trong nh mỏy thy in
- Nghiờn cu, thit k, ch to b thớ nghim mụ hỡnh nh mỏy thy in
va v nh
.
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ

- Kết lu
ận
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

4
CÁC KẾT QUẢ CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

5
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT PHẦN ĐIỆN CỦA 3 NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN
VỪA VÀ NHỎ THUỘC KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC
Để khai thác tiềm năng thuỷ điện ở miền núi phía Bắc, Nhà nước đã và đang
có những chính sách ưu tiên về nguồn vốn và cơ chế, cho phép các tổ chức kinh tế
tư nhân có thể tham gia đầu tư xây dựng và phát triển hàng loạt nhà máy thuỷ đi
ện

tĩnh, ứng dụng kỹ thuật số với bộ kích từ gồm máy biến áp kích từ và bộ chỉnh lưu
có điều khiển dùng thyristor. Máy điều tốc và ổn định tần số dùng loại điện thuỷ
lực kỹ thuật số. Cả hai thiết bị trên cho phép kết nối với mạng SCADA điều khiển
toàn nhà máy.
Theo sơ đồ nối điện chính nhà máy được thiết kế gồm 3 hợp bộ đơn, với
mỗi bộ đơn là 1 máy phát + 1 máy biến áp tăng áp có dung lượng 1.000KVA điện
áp 6,3/35 KV nối tam giác/sao. Các bộ đơn kết nối lên thanh cái 35KV của nhà
máy và từ thanh cái 35KV qua đường dây xuất tuyến 35KV (trung tính cách ly)
dài 3,5km, loại mạch
đơn, dây AC - 95, cột BTLT cao 12-18m.
Trạm đo đếm điện năng được đặt tại điểm kết nối với lưới HTĐ cách thanh
cái 35 KV của nhà máy 3,5km. Trạm được thiết kế kiểu treo gồm hệ thống đo đếm
chính và hệ thống đo đếm dự phòng dùng thiết bị đo qui chuẩn kiểu kỹ thuật số, có
thể kết nối vào mạng SCADA của nhà máy và mạng SCADA củ
a HTĐ khu vực.
Để kết nối với lưới HTĐ ngoài trạm đo đếm, đường dây xuất tuyến 35KV,
máy biến áp tăng, các thiết bị đóng cắt (máy cắt 35KV lộ tổng, máy cắt 35KV các
hợp bộ). Các thiết bị đo lường điều khiển ở lộ tổng còn cần có thiết bị hoà điện.
Thiết bị hoà điện của nhà máy là loại kỹ thuậ
t số do Trung quốc chế tạo, mạch hoà
điện được thực hiện tại máy cắt 35KV lộ tổng lấy tín hiệu từ máy biến áp đo lường
ở đầu ra 6,3KV của máy phát và máy biến áp đo lường trên thanh cái 35KV của
nhà máy (có biến áp dịch pha). Ngoài ra, ở lộ tổng (máy cắt lộ tổng) cũng được
trang bị Rơle đồng bộ kỹ thuật số dùng cho việc đóng máy cắt lộ tổng có ki
ểm tra
đồng bộ.
Điện tự dùng của nhà máy cung cấp cho các thiết bị phục vụ cho quá trình
công nghệ , điều khiển các hệ thống làm mát, cung cấp nguồn cho mạch lực, mạch
bảo vệ, mạch chiếu sáng và mạch điều khiển các máy cắt, động cơ cần cẩu, máy
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ

Điều khiển các tổ máy, đóng mở và tăng giảm lượng mở tại cửa nhận nước
được thực hiện trực tiếp (tại chỗ) hoặc gián tiếp (điều khiển từ xa). Trong đó việc
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

8
điều khiển trực tiếp bằng tay tại các tổ máy chủ yếu dùng trong quá trình khởi
động, chỉnh định, vận hành thử hoặc kiểm tra định kỳ các tổ máy.
Các hình vẽ sơ đồ điện của nhà máy gồm:
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển toàn nhà máy
- Sơ đồ nối điện chính
- Sơ đồ hệ thống thiế
t bị bảo vệ và đo lường
- Sơ đồ mạch điện tự dùng xoay chiều
- Sơ đồ phát công suất
1.1.3. Một số hình ảnh về nhà máy thuỷ điện Suối Trát

H-1.1 :Nơi thi công thuỷ điện
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

9

H-1.2 :Đang lắp ráp các thiết bị

H-1.3:Thiết bị đã lắp ráp xong


đến 2 máy biến áp tăng áp).Sơ
đồ phát công suất của nhà máy được trình bày dưới
đây:
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

12

H-1.5: Sơ đồ phát công suất
1.2.2. Các thiết bị điện chính
Các thiết bị điện chính do Trung quốc sản xuất và lắp đặt.
a. Tuabin: Dùng loại Francis trục ngang công suất 0,6MW, tốc độ 1.000
vòng/ phút. Máy điều tốc tự động kiểu điện thuỷ lực ứng dụng kỹ thuật số.
Các tổ máy có cùng kiểu nên thuận lợi cho lắp đặt, vận hành và thay thế.
b. Máy phát đi
ện: Tốc độ 1.000 vòng/ phút, điện áp 6,3KV, dây quấn 3 pha
nối Y trung tính cách ly.
Hệ kích từ kiểu tĩnh dùng chỉnh lưu có điều khiển với máy biến áp kích từ
được nối với đầu cực 6,3 KV của máy phát. Điện áp ra của máy kích từ ở chế độ
định mức cỡ 220V với dòng điện 120A, công suất máy kích từ đến 24KW có thể
dùng cho dòng kích từ max đến 180A.
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

13
Khi khởi động nguồn kích từ ban đầu được cấp từ hệ thống ắc- qui có điện
áp 200V, dung lượng 200Ah.
Kèm theo mỗi máy phát có tủ kích từ, tủ máy cắt, tủ trung tính, tủ bảo vệ
Rơle và đo lường, tủ điều khiển tại chỗ, tủ đặt máy biến dòng, tủ đặt máy biến điện
áp

14
1.2.4. Hệ thống tự động hoá và các thiết bị tự động
Thuỷ điện Thải Giàng Phố được trang bị các thiết bị tự động hiện đại cho
phép kết nối với mạng SCADA và mang đầy đủ đặc trưng của một nhà máy hiện
đại. Máy điều tốc kỹ thuật số, thiết bị điều chỉnh điện áp AVR kỹ thuật s
ố, các
thiết bị rơle, đồng hồ, hoà điện đều là thiết bị kỹ thuật số. Nhờ đó điều khiển vận
hành nhà máy chỉ cần nhóm chuyên gia về cơ khí thuỷ công, điện tự động hoá,
mạng và một số nhân viên kỹ thuật.
a. Hệ thống tự động hoá của nhà máy bao gồm các thiết bị:
-Hệ thống thiết bị tự
động ổn định tần số và điều khiển công suất tác dụng.
- Hệ thống thiết bị tự động ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản
kháng.
-Hệ thống thiết bị hoà điện.
Việc hoà điện tại các tổ máy phát thuỷ điện được thực hiện bằng thiết bị tự
hoà điện ho
ặc thiết bị hoà điện chính xác
b. Chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát:
-Điều khiển tổ máy: Được thực hiện hoặc là từ phòng điều khiển trung tâm
hặc từ tủ điều khiển tại chỗ\
- Khởi động và dừng tổ máy ở chế độ làm việc bình thường ( bằng tay hoặc
tự động) và ngừng tổ máy khi có s
ự cố
- Điều chỉnh điện áp và công suất vô công
- Điều chỉnh tần số và công suất tác dụng
- Thực hiện hoà đồng bộ tự động hoặc bằng tay
Ngoài ra hệ thống điều khiển giám sát còn phải tự động ghi nhập, liệt kê, in
tự động hoặc bằng tay các dữ liệu được truyền qua máy tính từ các nơi về như:
mực nước ở


H-1.9:Trạm biến áp
Một số sơ đồ mạch điện của nhà máy điện Thải Giàng Phố được thể hiện
trong các hình vẽ :
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống bảo vệ Rơle và đo lường
- Sơ đồ tự dùng điện xoay chiều
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển toàn nhà máy
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

18
1.3. THUỶ ĐIỆN THANH THUỶ
Nhà máy thuỷ điện Thanh Thuỷ gồm có hai nhà máy
- Thanh Thuỷ bậc 1 : Công suất 11MW. Vị trí nhà máy thuộc địa phận xã
Thanh Đức- Hà Giang
- Thanh Thuỷ bậc 2: Công suất 9MW.Vị trí nhà máy cách Thanh Thuỷ bậc 1
là 5Km, cách TBA Hà Giang là 22Km
Dự án thuỷ điện Thanh thuỷ đang trong giai đoạn thi công phần xây dựng.
Về cơ bản, các thiết bị điện chính, hệ thống các thiết bị tự dùng, thi
ết bị bảo vệ
rơle và đo lường, thiết bị tự động hoá, mạng thu thập dữ liệu, v.v. đến các thiết bị
đóng cắt của lưới 6,3KV cũng do Trung quốc chế tạo, hoàn toàn tương đương như
ở thuỷ điện Suối Trát và thuỷ điện Thải Giàng Phố.
Một số sơ đồ mạch điện của nhà máy điện Thanh Thuỷ

đều do Trung Quốc sản suất và được lắp ráp đồng bộ. Quy trình hoạt động của các
nhà máy này đều áp dụng các công nghệ tiên tiến hiện đại như các hệ thống điều
khiển tự động, mạng điều khiển và giám sát SCADA nhằm đảm bảo chất lượng
điện năng phát ra.
Trên cơ sở kế thừa các qui trình công nghệ hiện đại trong các nhà máy th
ủy
điện vừa khảo sát. Đề tài sẽ thực hiện mô phỏng qui trình hoạt động của nhà máy
thủy điện và thực hiện điều chỉnh tự động ổn định các thông số như điện áp, tần số,
công suất phản kháng, công suất tác dụng thông qua bộ điều khiển PLC. Ngoài ra
đề tài sẽ sử dụng mạng điều khiển và giám sát SCADA có kết nối truyề
n thông
với PLC để điều khiển và giám sát các thông số của máy phát
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

20
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ
MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

2.1. NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY ĐIỆN
Để các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ phát ra điện áp đủ các chỉ tiêu chất
lượng điện áp thì trước hết cần phải có các thiết bị tự động ổn định tần số, tự động
ổn định điện áp ,điều chỉnh lượng công suất tác dụng, công suất phản kháng phát
vào lưới hệ
thống điện. Tiếp theo là thiết bị và kỹ thuật hoà điện. Ngoài các nội
dung tự động hoá chủ yếu nêu trên còn có rất nhiều các nhiệm vụ khác như: bảo vệ
các thiết bị chính (tuốc- bin, máy phát, máy biến áp tăng áp, máy biến áp tự dùng,
các máy cắt, ), đo lường, hiển thị, lưu giữ thông tin về trạng thái vận hành bình
thường, cảnh báo sự cố và đặc biệt là hệ thống thu thập d

tăng sự cạn kiệt nguồn nước.
2.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ
ĐIỆN
Cũng như các nhà máy điện khác, kỹ thuật tự động trong nhà máy thuỷ điện
cần phải đáp ứng được yêu cầu điề
u khiển tự động ổn định điện áp và điều chỉnh
công suất phản kháng, ổn định tần số và điều chỉnh công suất tác dụng, hoà đồng
bộ tại các tổ máy phát điện trong nhà máy điện. Hiện nay, yêu cầu hiện đại hoá
quá trình điều khiển và yêu cầu nâng cao chất lượng điện năng dẫn đến việc xây
dựng hệ thống thu th
ập dữ liệu và thực hiện điều khiển toàn nhà máy bằng máy
tính thông qua mạng SCADA đã được coi trọng cùng với các kỹ thuật tự động hoá
trực tiếp tại các đối tượng theo các chức năng chính ở trên.
2.3.1 Hệ thống tự động ổn định điện áp
Điện áp là thông số chất lượng điện năng quan trọng. Trong hệ thống điện hiện
nay sai l
ệch điện áp so với định mức của các điểm nút hoặc đầu cực các máy phát
điện không quá 5%.
Để điều chỉnh điện áp ở đầu cực máy phát hay điều chỉnh công suất phản kháng
phát vào lưới ta có thể điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát. Thông thường
mỗi một hệ thống kích từ của máy phát được trang bị một bộ tự độ
ng điều chỉnh
điện áp ( Automatic Voltage Regulator- AVR). Bộ AVR là loại thiết bị điện tử số,
nhận tín hiệu vào là điện áp 3 pha tại đầu cực của máy phát, sử dụng nguyên lý
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

22
điều chỉnh PID theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát. Nó cũng có chức năng điều
chỉnh hệ số công suất và hằng số dòng điện trường

Như vậy điều chỉnh tần số trong hệ thống điện liên quan hữu cơ với việc điều
chỉnh và phân bố công suất tác dụng giữa các tổ máy và nhà máy điện trong hệ
thống điện
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Bộ Công Thương- Trường CĐCN Việt Hung

23
Hệ thống điện càng lớn yêu cầu về độ chính xác của điều chỉnh tần số càng cao.
Vì độ lệch tần số sẽ ảnh hưởng đến công suất giữa nhiều nhà máy điện và các khu
vực khác nhau của hệ thống điện. Hệ thống càng phát triển, xác suất xuất hiện
những liên hệ yếu càng tăng. Đối với những phần tử
yếu này cần phải kiểm tra khả
năng tải của chúng theo điều kiện ổn định
Để điều chỉnh tần số lưới điện ta có thể điều chỉnh số vòng quay của tua bin
bằng cách thay đổi năng lượng đưa vào tuabin. Điều này có liên quan trực tiếp đến
tiêu hao năng lượng, nhiên liệu, chi phí vận hành của nhà máy điện. Để điều chỉ
nh
tốc độ quay của tuabin người ta thường dùng một trong hai loại máy sau là máy
điều tốc kiểu ly tâm và máy điều tốc kiểu thuỷ lực.
Máy điều chỉnh tốc độ quay tuabin có nhiệm vụ tự động thay đổi mô men quay
của tuabin bằng cách điều tiết chất mang năng lượng ( dòng nước) vào tuabin. Để
điều tiết năng lượng vào tuabin người ta dùng các van điều tiết, ở tuabin nước
ng
ười ta dùng cánh hướng nước hoặc kết hợp với độ nghiêng của tuabin. Trong
các hệ thống hiện đại, các máy điều tốc sơ cấp của tuabin là một trong những phần
tử chủ yếu của hệ thống điều chỉnh tần số ( số vòng quay của tuabin)
Ngày nay người ta thường dùng máy điều tốc kiểu điện thuỷ lực. Vì trong loại
này các khâu đo lường, đặ
t và chỉnh định thông số điều chỉnh phản hồi và tiền
khuyếch đại đều được thực hiện bằng các sơ đồ điện cho phép đơn giản phần thuỷ


Khi máy cắt điện MC mở, hai máy phát điện làm việc riêng rẽ. Khi hoà điện
hai máy phát thì MC đóng. Lúc đó có thể xuất hiện dòng điện cân bằng chạy quẩn
giữa các máy phát. Dòng điện này có thể làm sụt điện áp của lưới và đôi khi nguy
hiểm đối với máy phát điện và tuabin. Vì vậy khi hoà điện cần phải đảm bảo các
yêu cầu sau:
- Đảm bảo cho dòng điệ
n cân bằng chạy qua máy cắt điện tại thời điểm thực
hiện thao tác hoà đồng bộ có giá trị càng bé càng tốt, không gây sụt áp và
dao động công suất.
- Roto của máy phát hoà điện sau khi đóng máy cắt ( MC) phải quay đồng bộ
với rôto của máy đang làm việc
MC
F
1
∼

ω
1
X
d
F
2
∼

ω
2
U
1
U