Đồ án Trang thiết bị điện tàu container b170 – đi sâu nghiên cứu trạm phát điện chính

…………..o0o………….. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU CONTAINER B170 – ĐI SÂU NGHIÊN CỨU TRẠM PHÁT ĐIỆN CHÍNH LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình này là của riêng tôi. Các kết quả và số liệu trong đề tài là trung thực, chưa được đăng trên bất kỳ tài liệu nào. Hải phòng, tháng 1 năm 2010 Sinh viên thực hiện Trần Văn Tuyến 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................................................2 PHẦN I : TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU CONTAINER B170................................5 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU CONTAINER B170 .......................6 1.1. Giới thiệu về tàu container B170..............................................................................6 1.2. Giới thiệu về hệ thống điện tàu container B170.......................................................7 1.3 Giới thiệu về trạm phát tàu container B170..............................................................8 1.3.1. Tổng quan về trạm phát điện chính.......................................................................8 1.3.2. Cấu tạo chung của bảng điện chính tàu container B170.....................................11 CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỂN HÌNH..... 12 2.1. Hệ thống bơm la canh.............................................................................................12 2.1.1. Giới thiệu phần tử của hệ thống..........................................................................12 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống......................................................................13 2.1.3. Các chế độ báo động và bảo vệ cho hệ thống......................................................14 2.2. Hệ thống bơm tuần hoàn L.O cho ME. .................................................................15 2.2.1. Giới thiệu các phần tử của hệ thống....................................................................15 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống......................................................................16 2.2.3. Các chế độ báo động và bảo vệ cho hệ thống......................................................18 2.3. Hệ thống truyền động điện neo và tời quấn dây của tàu container B170..............19 2.3.1. Giới thiệu chung về hệ thống neo .......................................................................19 2.3.2. Các yêu cầu đối với hệ thống neo.......................................................................19 2.3.3. Hệ thống tời neo tàu container B170...................................................................20 2.4. Hệ thống chân vịt mũi tàu Container B170............................................................24 2.4.1. Giới thiệu về hệ thống chân vịt mũi....................................................................24 2.4.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống. ....................................................................27 2.4.3. Các chế độ báo động và bảo vệ cho hệ thống. ....................................................29 CHƯƠNG III: MỘT SỐ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỂN HÌNH ...........................31 3.1. Hệ thống tự động cân bằng tàu container B170.....................................................31 3.1.1. Hệ thống cân bằng tàu và tầm quan trọng. .........................................................31 3.1.2. Các thiết bị chính của hệ thống cân bằng tàu......................................................32 3.1.3. Giới thiệu các phần tử của hệ thống....................................................................33 3.1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống......................................................................40 3.2. Hệ thống nồi hơi tàu container B170......................................................................41 3.2.1. Tổng quan chung về hệ thống nồi hơi.................................................................41 3.2.2. Giới thiệu các phần tử của hệ thống nồi hơi tàu container B170........................42 3.2.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống......................................................................47 2 PHẦN II: ĐI SÂU NGHIÊN CỨU TRẠM PHÁT ĐIỆN CHÍNH..........................57 Chương IV : TỔNG QUAN VỀ TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY ......................58 4.1. Giới thiệu chung về trạm phát điện tàu thuỷ .........................................................58 4.2. Giới thiệu chung về trạm phát điện tàu container B170 .......................................61 Chương V: BẢNG PHÂN PHỐI ĐIỆN CHÍNH .....................................................62 5.1.Khái niệm chung .....................................................................................................62 5.2.Giới thiệu bảng điện chính tàu container B170 ......................................................62 5.3. Nguyên lý hoạt động của bảng điện chính tàu container B170 .............................69 5.3.1. Mạch động lực và đo lường của máy phát số 1...................................................69 1. Mạch động lực của máy phát số 1.............................................................................69 2. Các mạch đo..............................................................................................................70 5.3.2. Mạch điều khiển đóng áptômát chính của máy phát số 1 ..................................71 1. Giới thiệu phần tử......................................................................................................71 2. Nguyên lý hoạt động.................................................................................................71 5.3.3. Ổn định điện áp cho trạm phát điện tàu thuỷ ......................................................73 1. Khái niệm chung .......................................................................................................73 2. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu container B170 ........................................76 5.3.4. Công tác song song của các máy phát ................................................................78 1. Khái niệm chung .......................................................................................................78 2. Hoà đồng bộ các máy phát........................................................................................78 a) Lý thuyết chung ........................................................................................................78 b) Hệ thống hoà đồng bộ trạm phát tàu container B170 ..............................................82 3. Quá trình phân chia tải. ............................................................................................84 a) Lý thuyết chung .......................................................................................................84 b) Quá trình phân chia tải cho trạm phát tàu container B170 ....................................86 CHƯƠNG VI: BẢO VỆ CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN ..............................................87 6.1.Khái niệm chung. ...................................................................................................87 6.2.Bảo vệ cho trạm phát điện tàu container B170 ......................................................89 Kết luận .......................................................................................................................92 Tài liệu tham khảo.......................................................................................................94 3 LỜI NÓI ĐẦU Nền kinh tế của nước ta hiện nay đang trong thời kỳ hội nhập với nền kinh tế của thế giới, đất nước ta đang đẩy mạnh công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Vì vậy ngành giao thông vận tải có một vai trò rất quan trọng, nó đem lại hiệu quả cao về kinh tế cho đất nước. Đất nước ta có vị trí địa lý và địa hình rất thuận lợi tạo điều kiện cho ngành giao thông vận tải biển phát triển, là tiền đề để ngành công nghiệp đóng tàu của nước ta phát triển mạnh mẽ. Hiện nay công nghệ đóng tàu của Việt Nam đã có những bước tiến vượt bậc. Chúng ta đã đóng được những con tàu cỡ lớn, trang thiết bị hiện đại với chất lượng cao, được nhiều bạn hàng trên thế giới như Nhật Bản, Đức, Đan Mạch, Na Uy, Anh … tin cậy đặt hàng. Trong suốt quá trình học tập ở trường Hàng Hải Việt Nam và được sự dìu dắt, dạy bảo của các thầy cô giáo trong trường và trong khoa Điện - Điện Tử Tàu Biển, em đã được trang bị tương đối đầy đủ các kiến thức cơ bản về những hệ thống điện năng trên tàu thuỷ. Sau khi thực tập tại nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, em đã tìm hiểu và thu thập được tài liệu tàu CONTAINER B170. Được sự nhất trí của ban chủ nhiệm khoa, em được giao đề tài thiết kế tốt nghiệp: “Trang thiết bị điện tàu CONTAINER B170- Đi sâu nghiên cứu trạm phát điện chính”. Được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Điện - Điện Tử Tàu Biển, đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo Th.s Đỗ Văn Thỏa cùng các bạn bè đồng nghiệp và sự nỗ lực cố gắng của bản thân, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp của em không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong được được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo để đồ án của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Đỗ Văn Thỏa, cùng các thầy cô giáo và các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. 4 PHẦN I TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU CONTAINER B170 5 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU CONTAINER B170 Tàu container B170 là loại tàu chuyên dụng được thiết kế để chở các loại container, do đặc thù như vậy nên loại tàu này có yêu cầu cao hơn về chất lượng cũng như kĩ thuật đóng ( như tính ổn định của tàu phải cao, thời gian làm hàng phải ngắn). Đây là con tàu hiện đại, tàu có tải trọng tại mớn nước mạn khô 23000 DWT được đo bằng đơn vị tấn (theo hệ mét) trong nước biển với trọng lượng riêng là 1,025 t/m³. 1.1. Giới thiệu về tàu container B170. 1.1.1. Kích thước chính. Chiều dài toàn tầu ( Max ) : 184,10 m Chiều dài giữa 2 đường vuông góc : 171,94 m Chiều rộng thiết kế : 25,30 m Chiều cao mạn đến boong chính : 13,50 m Chiều cao mạn khô : 9,889 m Mớn nước thiết kế : 9,85 m 1.1.2. Tải trọng. Tải trọng tại mớn nước mạn khô 23000 DWT. Tàu ước tính có thể chở: - Các loại container tiêu chuẩn từ 20 đến 40ft trong hầm hàng và trên boong. - Các loại container từ 45 đến 48 ft trên boong, trong vùng hoạt động của cần trục. - 150 container chứa đồ lạnh trên boong. Khả năng chứa hàng của tàu khoảng 29800 m³ hàng rời và 29600 m³ hàng kiện. Két chứa nhiên liệu bao gồm: Dầu nặng : 2230 m³ Dầu Diezel : 160 m³ Nước ngọt : 200 m³ Nước ballast : 7850 m³ Tàu có sức chở cotainer 1730 TEU loại container 20ft theo tiêu chuẩn IMO (kích thước mỗi container theo tiêu chuẩn là: 20’×8’×8’6’’) với 634 TEU trong hầm hàng và 1096 TEU trên boong. 1.1.3. Dung tích. Tàu có 4 hầm hàng, tổng thể tích các hầm hàng là : 29816 m³ Hầm hàng số 1 : 5153 m³ Hầm hàng số 2 : 10545 m³ Hầm hàng số 3 : 10883 m³ Hầm hàng số 4 : 3235 m³ 6 1.1.4. Tốc độ và công suất. Tốc độ thiết kế của tàu 19,7 hải lý/h trong điều kiện mớn nước 9,85 m ở trạng thái cân bằng, có tính đến 15% dung sai khác(trạng thái dự phòng). Công suất máy tương ứng tại 90% MCR-vòng tua tối đa liên tục và tốc độ chân vịt là 115 vòng/phút tương ứng với 11750 KW. 1.1.5. Tiêu hao nhiên liệu và tầm hoạt động. Mức tiêu hao nhiên liệu: 173 g/kwh. Tầm hoạt động của tàu là 15000 hảilý/giờ với điều kiện tốc độ của tàu là 19,7 hảilý/giờ. 1.1.6. Nguyên lý thiết kế và mô phỏng chung. Con tàu như mô tả là loại tàu viễn dương, chân vịt của tàu là loại chân vịt có bước cố định được lai bởi một máy chính là loại động cơ 6RTA62U có công suất 13320 KW phù hợp với việc chở các loại container. Tàu có bốn hầm hàng, buồng máy và phòng sinh hoạt ở phía đuôi tàu, mũi bầu, một bánh lái cân bằng và chân vịt mũi. 1.2. Giới thiệu về hệ thống điện tàu container B170. 1.2.1. Trạm phát chính. Gồm có 3 máy phát chính, mỗi máy có các thông số như sau: Công suất : 1370 KVA Điện áp : 450 V Dòng điện : 1785 A Số pha : 3 Tần số : 60Hz Cos  : 0,8 1.2.2. Trạm phát sự cố. Có 1 máy phát sự cố: Công suất : 145 KVA Điệp áp : 450 V Dòng điện : 190 A Số pha : 3 Tần số : 60 Hz Cos  : 0,8 Ngoài trạm phát chính và trạm phát sự cố tàu container B170 còn có bộ nguồn sự cố là hệ thống các ácquy gồm có: - 1ácquy kiềm 24V,108 Ah dùng cho hệ thống điều khiển buồng máy. - 1ácquy kiềm 24V,50 Ah dùng cho hệ thống báo động buồng máy. 7 - 1ácquy kiềm 24V dùng cho thiết bị báo cháy. - 1ácquy chì 24V dùng cho trạm phát thanh. - 1ácquy chì 24V dùng cho bộ khởi động sự cố. Hệ thống các máy biến áp trên tàu gồm có 2 biến áp 3 pha 115 KVA, 450/231V để cấp nguồn 220V,60 Hz cho mạch chính, 1 biến áp có khả năng cung cấp nguồn 3×220V,60Hz, cho thanh cái bảng điện chính trong trường hợp máy phát sự cố đang hoạt động, cấp nguồn 3×440V tới thanh cái bảng điện sự cố thông qua biến áp 40 KVA, 450/231V. Các thiết bị điện trên tàu còn có thể lấy điện từ bờ khi tàu đang đỗ trên cảng thông qua hộp lấy điện bờ. Hộp điện bờ cấp điện 3×440V,60Hz,800A cho một số thiết bị điện trên tàu. 1.3. Giới thiệu về trạm phát điện tàu tàu container B170 1.3.1. Tổng quan về trạm phát điện chính. a) Khái niệm, phân loại và yêu cầu về trạm phát điện chính. * Khái niệm. Trạm phát điện là nơi biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện và từ đó phân phối đến các hộ tiêu thụ. * Phân loại. Hiện nay người ta phân loại các máy phát điện trên tàu thủy dựa trên nhiều cơ sở khác nhau: + Phân loại dựa theo loại dòng điện: - Máy phát điện 1 chiều. - Máy phát điện xoay chiều. + Phân loại theo cơ sở nhiệm vụ: - Trạm phát chung cung cấp năng lượng điện cho toàn mạng. - Trạm phát cung cấp năng lượng quay chân vịt. + Phân loại theo dạng biến đổi năng lượng: - Thuỷ - điện. - Trạm phát nhiệt - điện. - Trạm phát điện nguyên tử. + Phân loại theo cơ sở truyền động: - Máy phát được truyền động bằng động cơ diezel ( hình 1.1 ). 8 MF SC F1 F2 F3 Hình 1.1 - Máy phát được truyền động hỗn hợp: truyền động cho máy phát không chỉ có động cơ diezel mà có thể bằng tua bin. - Trạm phát có máy phát đồng trục: là máy phát được truyền động bằng động cơ diezel quay chân vịt ( hình 1.2 ). F1 F1 F F 1 2 Hình 1.2 9 + Phân loại theo mức độ tự động: - Cấp A1 (không cần trực ca ở buồng máy cũng như buồng điều khiển). - Cấp A2 (không cần trực ca ở buồng máy nhưng phải trực ca ở buồng điều khiển). Những hệ thống tự động thường gặp trên các tàu này thường là điều khiển từ xa máy chính, tự động điều khiển từ xa máy phát tự động phân phối vô công và hữu công tự động hoà đồng bộ, điều chỉnh điện áp và tần số. * Yêu cầu. Trạm phát chính phải có các yêu cầu sau: - Bảng điện chính phải đáp ứng được các yêu cầu về độ tin cậy cung cấp năng lượng liên tục, cơ động, thuận tiện, dễ dàng cho người sử dụng và có tính kin tế cao. - Độ tin cậy: Hệ thống trạm phát phải đáp ứng được các chức năng nhiệm vụ và yêu cầu của nó. Các phần tử đều có dự trữ (máy phát, cáp dẫn, thiết bị đóng ngắt). Và phân ra những mạch và mỗi mạch có thể công tác độc lập. Tự động khởi động máy phát dự trữ, tự động cắt các phụ tải không quan trọng khi bị quá tải. - Tính cơ động: Thảo mãn yêu cầu để đảm bảo vận hành tàu an toàn thuận lợi và chuyển đổi không những ở chế độ công tác bình thường mà ngay cả khi một vài phần tử bị hỏng. Tức là cho phép tiến hành kiểm tra khắc phục sai xót thay đổi thiết bị hư hỏng sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng. - Vận hành và sử dụng thuận tiện: Sơ đồ phải đơn giản, cấu tạo phải hoàn chỉnh, ít sửa chữa, tăng thời gian khai thác, áp dụng điều khiển từ xa tập trung, dễ dàng phát hiện những hư hỏng và dễ dàng khắc phục thay thế. - Kinh tế trong vận hành và khai thác: Phải ứng dụng các hệ thống tự động rộng rãi, có thể dùng nguồn điện bờ khi tàu nằm trong cảng và ứng dụng máy phát đồng trục khi tàu hành trình, và phải chia phụ tải ra những nhóm khác nhau. b) Đặc điểm kĩ thuật của trạm phát điện tàu container B170. Trạm phát điện chính tàu container B170 được trang bị 3 tổ hợp Diezel-Máy phát chính. Máy phát đồng bộ đều là máy phát không chổi than với kiểu kích từ tự kích, có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp. Các máy phát có thể hoạt động độc lập hoặc đưa vào công tác song song với nhau khi cần thiết. Quá trình hoà đồng bộ có thể được tiến hành bằng tay, bán tự động hoặc hoàn toàn tự động bằng cách sử dụng các rơle cảm biến sự khác nhau giữa tần số của máy phát và với lưới. Tàu container được trang bị 3 máy phát. Các thông số kĩ thuật của mỗi máy phát như sau: - Công suất : 1370 KVA - Tần số : 60 Hz - Điện áp : 450 V - Dòng điện : 1758 A 10 - Số pha : 3 - Cos : 0,8 1.3.2. Cấu tạo chung của bảng điện chính tàu container B170. a) Các kích thước chính của bảng điện chính. - Chiều dài toàn bộ bảng điện chính: 9648 mm. - Chiều cao: 2216mm. b) Bảng điện chính gồm có 16 panel. - Panel 1: panel cấp nguồn 3~60Hz 220V cho các phụ tải (sơ đồ số L20101) - Panel 2: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các bơm số 1 (sơ đồ số L20201) - Panel 3: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L20301) - Panel 4: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L20401) - Panel 5: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L20501) - Panel 6: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L20601) - Panel 7: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L20701) - Panel 8: panel cấp nguồn điều khiển cho Diezel lai máy phát số 1 (sơ đồ số L20801) - Panel 9: panel cấp nguồn điều khiển cho Diezel lai máy phát số 2. - Panel 10: panel cấp nguồn cho các thiết bị hoà đồng bộ các máy phát và kết nối điện bờ (sơ đồ số L21001) - Panel 11: panel cấp nguồn điều khiển cho Diezel lai máy phát số 3. - Panel 12: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L21201) - Panel 13: panel cấp nguồn 3~60Hz 400V cho các phụ tải (sơ đồ số L23001) - Panel 14: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L21401) - Panel 15: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các phụ tải (sơ đồ số L21501) - Panel 16: panel cấp nguồn 3~60Hz 440V cho các bơm số 2 (sơ đồ số L21601) 11 CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỂN HÌNH 2.1. Hệ thống bơm la canh. 2.1.1. Giới thiệu phần tử của hệ thống (sơ đồ L40001). * Sơ đồ L40001(1/2). - Q1: Áptômát chính cấp nguồn (3~60,440V) cho hệ thống. - T1: Biến dòng lấy tín hiệu dòng cấp cho ampekế. - P1: Đồng hồ ampekế. - K2: Rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ lai bơm chính. - K12: Rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ lai bơm hút chân không. - F1: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực của động cơ lai bơm hút chân không. - F2,F3: Các cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển. - F4: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho mạch đèn chỉ thị. - K1: Công tắc tơ chính cấp nguồn cho động cơ lai bơm chính. - T4: Biến áp hạ áp. - K3,K4: Các rơle trung gian. - P2: Đồng hồ đếm thời gian hoạt động của bơm. - S4: Công tắc chọn chế độ điều khiển của bơm có 2 vị trí: 1- Local. 2- Remote. - SH2: Nút ấn khởi động bơm tại chỗ. - S1: Nút ấn dừng bơm tại chỗ. * Sơ đồ L40001(2/2). - B1: Cảm biến áp lực. - KT7: Rơle thời gian. - K6,K8,K5,K9: Các rơle trung gian. - S3: Nút ấn Reset và thử. - K11: Công tắc tơ chính cấp nguồn cho động cơ lai bơm chân không. - H1(trắng): Đèn báo nguồn. - SH2(xanh): Đèn báo bơm chính đang hoạt động. - H2(xanh): Đèn báo bơm hút chân không đang hoạt động. - H3(vàng): Đèn báo áp lực thấp. - H4(vàng): Đèn báo bơm bị quá tải. 12 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Ta đóng áptômát chính Q1 cấp nguồn cho mạch điều khiển cho