Đồ án Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện Đa Nhim

 Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 1 Lời mở đầu Trước sự phát triển của các nền kinh tế xã hội, trong đó không thể không nói đến sự phát triển mạnh mẽ của ngành năng lượng điện để đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước. Song song với sự đáp ứng nhu cầu về sự phát triển kinh tế của xã hội thì ngành điện đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong cuộc sống xã hội cũng như trong an ninh quốc phòng. Trong xu hướng hội nhập quốc tế, sự phát triển của ngành năng lượng điện thì không thể bỏ qua được chất lượng của điện năng. Để đảm bảo được sự tin cậy cung cấp điện liên tục, an toàn và hiệu quả cao nhất như mong muốn, ngoài tiêu chuẩn chất lượng về điện áp thì tần số cũng là một điều kiện rất quan trọng và quyết định tới chất lượng của điện năng. Với mục đích nhằm củng cố các kiến thức trong các năm học và bước đầu cho sinh viên nghiên cứu độc lập em xin nhận đề tài nghiên cứu về bộ điều tốc của nhà máy thủy điện Đa Nhim để nhìn nhận rõ sự dao động công suất và tần số trong hệ thống điện. Để thực hiện thành công đồ án này, em xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô giáo trong trường Đại học Đà Nẵng và đặc biệt là các Thầy, Cô giáo trong khoa điện đã nhiệt tình cung cấp cho em những kiến thức cơ bản trong các năm học để em có cơ sở thực hiện đồ án này. Trong quá trình thực hiện đồ án em xin chân thành cám ơn Thầy giáo Tiến Sĩ Lê Kỷ đã định hướng và tận tình giúp đỡ cho em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện và hoàn thành đồ án. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự góp ý của các Thầy, Cô giáo và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn văn Giang  Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 2 MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU TỐC ............................................................. 5 I. DAO ĐỘNG TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ..................... 5 1.1 Giới thiệu chung: ................................................................................................. 5 1.1.1 Giai đoạn biến đổi nhanh : ................................................................................. 5 1.1.2 Giai đoạn biến đổi chậm : .................................................................................. 6 1.1.2.1: Điều chỉnh sơ cấp: .......................................................................................... 6 1.1.2.2 Điều chỉnh thứ cấp ......................................................................................... 7 1.2 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lên turbin – máy phát ....................................... 9 1.2.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số lên máy phát ................................................. 9 1.2.2 Ảnh hưởng sự thay đổi tần số lên turbin .......................................................... 10 1.3 Xây dựng đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc .................................................... 11 II. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN ................. 15 2.1. Tổng quan......................................................................................................... 15 2.2 Điều chỉnh tần số sơ cấp: .................................................................................... 15 2.2.1 Khái niệm về điều chỉnh tần số sơ cấp: ............................................................ 15 2.2.2 Khái niệm chung và nguyên lý điều chỉnh tốc độ turbin: ................................. 16 2.2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống điều tốc turbin: ............................................. 17 2.2.4 Các dạng đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin: ..................................................... 21 2.2.4.1 Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin độc lập:..................................................... 23 2.2.4.2 Đặc tính điều chỉnh tốc độ turbin phụ thuộc: ................................................ 24 2.2.4.3 Đáp ứng của phụ tải đối với sự thay đổi tần số: ........................................... 26 2.2.4.4 Dao động công suất, tần số trong quá trình điều chỉnh sơ cấp. ...................... 28 2.2.4.5 Những yêu cầu về điều chỉnh tần số sơ cấp: ................................................ 29 2.3 Điều chỉnh thứ cấp: ............................................................................................ 30 2.3.1 Khái niệm : ...................................................................................................... 30 2.3.2 Điều khiển tần số thứ cấp trong hệ thống điện độc lập: .................................... 31 CHƯƠNG II: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐA NHIM…………………………………………………………………… 32 I.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ..................................................... 33 1.1 Lịch sử hình thành và hoạt động .......................................................................... 33 1.2 Công trình của nhà máy ...................................................................................... 35 1.2.1. Caùc coâng trình thuyû löïc: ................................................................................. 35 1.2.2. Coâng trình ñieän :............................................................................................. 41 1.2.3. Thiết bị điện, máy điện thông số và đặc tính kỹ thuật ...................................... 42 1.2.3.1. Phaàn cô : ...................................................................................................... 42 a. Turbine: ................................................................................................................ 42 b. Van chính (inlet valve): ....................................................................................... 43 c. Heä thoáng daàu aùp löïc: ............................................................................................ 43 d. Heä thoáng daàu boâi trôn, naâng truïc: ........................................................................ 44 e. Goái truïc: goàm 2 goái phía turbine & phía SSG ...................................................... 45  Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 3 f. Heä thoáng nöôùc laøm maùt toå maùy. ............................................................................ 45 g. Boä ñieàu toác: .......................................................................................................... 45 1.2.3.2 Phaàn ñieän: .................................................................................................... 46 a. Maùy phaùt .............................................................................................................. 46 b. Maùy bieán aùp chính ................................................................................................ 47 c. MBA kích töø: ........................................................................................................ 48 d. Heä kích töø: ............................................................................................................ 48 II /.TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐA NHIM ............. 49 2.1 Bộ điều tốc: ......................................................................................................... 49 2.1.1. Các thông số kỷ thuật của bộ điều tốc .............................................................. 49 1. Hiệu ...................................................................................................................... 49 2. Kiểu ...................................................................................................................... 49 3. Cấu trúc ................................................................................................................ 49 4. Cấu trúc 1 PLC ..................................................................................................... 49 5. Cơ cấu chấp hành: ................................................................................................. 49 6. Nguồn cung cấp: ................................................................................................... 50 7. Máy phát tốc: ........................................................................................................ 50 8. Final speed drop: ................................................................................................... 50 9. Dải đặt mức tốc độ (speed level): .......................................................................... 50 10. Biên độ điện áp điều khiển .................................................................................. 50 11. Thời gian đóng mở kim ....................................................................................... 50 12. Thời gian đóng/mở cần gạt .................................................................................. 50 2.1.2. Các thành phần, cấu trúc của bộ điều tốc ......................................................... 50 1. Mạch cảm nhận tốc độ ......................................................................................... 50 1.1. Máy phát tốc:(Speed Signal Generator : SSG) .................................................... 50 1.2. Relay tốc độ ....................................................................................................... 50 2. LVDT: (linear variable differential transformer ..................................................... 51 3. Governor unit: ....................................................................................................... 52 4. Nguồn cung cấp: .................................................................................................. 53 5. Hộp điều khiển (control box): ............................................................................... 54 5.1 Tủ điều khiển ...................................................................................................... 55 5.2 Nguồn cho dụng cụ bảo dưỡng. ........................................................................... 57 III.PHẦN THỦY LỰC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC. .............................................................. 57 1.1 Hệ thống kim, cần gạt nước & servo cần gạt ....................................................... 57 1.2 Converter valve: (van chuyển đổi) có 3 cái: ......................................................... 57 a. Ñaëc ñieåm chung: .................................................................................................. 57 b. Ñaëc ñieåm kyõ thuaät: ............................................................................................... 58 c. Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng: .......................................................................... 58 d. Hoaït ñoäng baûo döôõng: .......................................................................................... 60 1.3 Van phaân phoái cho van chính: ............................................................................ 60 1.4 Van phân phối cho cần gạt (distributing valve) .................................................... 61  Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 4 1.5 Van 65S .............................................................................................................. 61 2. Nguồn cấp dầu cho bộ điều tốc: ............................................................................ 61 IV. PHẦN ĐIỆN CỦA BỘ ĐIỀU TỐC ......................................................................... 62 1. Chức năng hệ thống điều tốc: ................................................................................ 62 a. Cấu hình hệ thống bộ điều chỉnh khối điều tốc được mô tả như hình sau: .............. 62 b. Mô tả chức năng:................................................................................................... 62 c. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều tốc. ........................................................................... 62 d. Nguyên tắc đều khiển của bộ điều tốc ................................................................... 63 1. Kiểm tra đầu vào và mức độ chuyển đổi:............................................................... 63 2. Điều khiển bằng tay Turbin: .................................................................................. 63 3. Điều khiển khởi động: ........................................................................................... 63 4. Điều khiển tốc độ: ................................................................................................. 64 5. Điều khiển tốc độ theo yêu cầu: ............................................................................ 65 6. Điều khiển tải: ....................................................................................................... 65 7. Điều khiển PID: .................................................................................................... 66 8. Ưu điểm của bộ điều tốc........................................................................................ 72 9. Kết nối máy tính với bộ điều khiển: ...................................................................... 66 CHƯƠNG III. VAI TRÒ CỦA ĐIỀU TỐC TRONG CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐA NHIM .......................................... 68 I. Khái Quát .............................................................................................................. 68 II. Chức năng và vai trò của bộ điều tốc. ................................................................... 68 2.1 Chức năng của bộ điều tốc .................................................................................. 68 2.2. Vai trò của bộ điều tốc ....................................................................................... 68 2.2.1. Tự động ổn định công suất (auto load regulator: ALR) .................................... 68 2.2.2 Điều chỉnh hữu công ........................................................................................ 69 2.2.2.1 Điều tần ......................................................................................................... 69 2.2.2.2 Cố định.......................................................................................................... 69 CHƯƠNG IV: TỔNG KẾT ........................................................................................... 72 1. Ý nghĩa của hệ thống điều tốc trong nhà máy thủy điện Đa Nhim 2. Những đặc trưng chính của khối điều tốc 3. Các lưu ý khi vận hành hệ thống điều tốc  Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU TỐC I. DAO ĐỘNG TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung: Hệ thống điện bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp, phụ tải tạo thành hệ thống nhất thực hiện nhiệm vụ phát điện và truyền tải phân bố điện năng đến hộ tiêu thụ điện.Chất lượng điện năng được đánh giá bởi các thông số kỹ thuật sau: Tần số, điện áp và độ tin cậy cung cấp điện. Trong hai thông số tần số và điện áp thì giá trị độ lệch tần số khác với giá trị độ lệch điện áp đó là tại các điểm trên hệ thống giá trị độ lệch tần số là giống nhau, trong khi đó giá trị độ lệch điện áp chỉ mang tính cục bộ tại từng điểm trên hệ thống. Khi vận hành hệ thống, giá trị độ lệch tần số phải luôn luôn được duy trì ở giá trị cho phép đó là: Liên tục tại giá trị 50 ± 0.1Hz và được cho phép trong các dao động ở thời gian ngắn là 50± 0.2Hz. Trong quá trình vận hành tần số của hệ thống thường xuyên dao động. Quá trình dao động tần số của hệ thống được phân thành các giai đoạn sau: a. Giai đoạn biến đổi trung bình và nhanh: Trong giai đoạn này sự thay đổi tần số diễn ra trong suốt quá trình quá độ và liên quan đến sự biến đổi tốc độ khối turbin- máy phát do sự mất cân bằng giữa mô men cơ là Tm và mô men điện là Te b. Giai đoạn biến đổi tương đối chậm: Đó là những thay đổi của tần số có liên quan đến quán tính của tất cả các máy điện trong hệ thống và tốc độ đáp ứng của các bộ phận điều tốc, điều tần . 1.1.1 Giai đoạn biến đổi nhanh : Nếu mô men cơ Tm và mômen điện Te của mỗi máy phát trong hệ thống cân bằng nhau: Tm=Te và rôto của mỗi máy phát quay với tốc độ đồng bộ ωr = ωo thì sức điện động , điện áp và dòng điện biến thiên cùng một tần số fo = ωo/2П, tuy nhiên trong quá trình vận hành công suất của hệ thống thay đổi liên tục dẫn đến sự thay đổi của tần số trên hệ thống  Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 6 là sự mất cân bằng công suất giữa tổng công suất cơ của các động cơ sơ cấp (turbin) và phụ tải của các máy phát trong hệ thống. Điều này được miêu tả bởi phương trình: emttptm PPPPPdt d  )(   (1.1) Trong đó : Pm: Tổng công suất cơ của các tur bin Ppt: Tổng công suất phụ tải hệ thống Ptt: Tổng công suất tổn thất của hệ thống Pe: Tổng công suất điện J: Mô men quán tính tổng của các tổ máy trong hệ thống Trong chế độ xác lập: Pm – (Ppto+Ptto) = 0 Lúc đó ω = const Ở giai đoạn đầu của quá trình quá độ do phụ tải dao động đột ngột nên các bộ điều tốc và điều tần chưa kịp tác động . 1.1.2 Giai đoạn biến đổi chậm : Trong giai đoạn này tồn tại hai quá trình điều chỉnh. 1.1.2.1: Điều chỉnh sơ cấp: Điều chỉnh tần số sơ cấp được thực hiện bởi các bộ điều chỉnh tốc độ của turbin (các bộ điều tốc) nó cho phép thay đổi lượng hơi hay lượng nước qua turbin theo tỷ lệ với sự biến đổi của tốc độ turbin (trong hệ đơn vị tương đối chính là tần số).Đáp ứng của việc điều chỉnh tần số được biểu diễn bằng tỷ số Mw/Hz và gọi là hệ số độ dốc của đặc tính điều chỉnh tần số (R). Như vậy với sự thay đổi có giới hạn của phụ tải thì sự mất cân bằng công suất có thể bù lại bằng việc tự động điều chỉnh tần số sơ cấp. Khi tần số dao động nằm ngoài vùng chết của bộ điều tốc, bộ điều tốc sẽ bắt đầu đáp ứng điều chỉnh công suất phát ra bằng với công suất phụ tải yêu cầu. Quá trình này sẽ tạo ra một độ lệch tần số nhất định do đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc. Thời gian thực hiện  Đồ Án Tốt Nghiệp : Chuyên Đề Điều Tốc Nhà Máy Thủy Điện ĐaNhim  GVHD: TS Lê Kỷ Trang SVTH: Nguyễn Văn Giang 7 của bộ điều tốc từ (0.3÷ 2)s kể từ thời điểm bắt đầu dao động vượt ra ngoài vùng chết và phụ thuộc vào biên độ của dao động. Giá trị tốc độ ở giới hạn an toàn được lấy từ sự hoạt động bình thường của turbin: bằng 112% giá trị tốc độ định mức đối với turbin của các máy phát nhiệt điện ( tốc độ cao) và 130% giá trị tốc độ định mức với turbin máy phát thủy điện ( tốc độ thấp). + Mục đích của điều chỉnh sơ cấp. - Nhanh chóng kìm chế sự mất cân bằng giữa công suất phát ra và sự thay đổi của phụ tải nhưng vẫn còn tồn tại một tốc độ lệch tần số . - Làm thay đổi trào lưu công suất trên lưới - Hiệu quả của việc điều chỉnh sơ cấp phụ thuộc vào độ dốc của đường đặc tính điều chỉnh, nếu độ dốc càng lớn hiệu quả điều chỉnh càng lớn (độ lệch tần số càng nhỏ). Ghi chú: Vùng chết của bộ điều tốc là khoảng giới hạn về độ lệch tốc độ ( tần số) so với giá trị danh định mà trong khoảng đó không một dao động tần số nào được bộ điều tốc đáp ứng điều chỉnh. 1.1.2.2 Điều chỉnh thứ cấp. Ở giai đoạn cuối của quá trình quá độ, khi độ lệch tần số vượt quá vùng không nhạy của bộ điều tần thì bộ điều tần bắt đầu tác động làm thay đổi giá trị tải tham chiếu của bộ điều chỉnh sơ cấp. Chỉ có thể phục hồi tần số của hệ thống về giá trị danh định khi hệ thống có đủ công suất dự trữ. Thời gian đáp ứng của bộ điều chỉnh tần số có thể mất v