Đồ án Trang thiết bị điện tàu hongkong pioneer – đi sâu trạm phát điện và vấn đề ổn định điện áp cho máy phát

…………..o0o………….. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN TÀU HONGKONG PIONEER – ĐI SÂU TRẠM PHÁT ĐIỆN VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO MÁY PHÁT MỤC LỤC Mục lục ...............................................................................................................Trang Lời nói đầu ................................................................................................................. 4 Giới thiệu chung về tàu Hongkong Pioneer .............................................................. 5 Phần 1 trang bị điện tàu Hong Kong Pioneer ............................ 10 Chương 1:Hệ thống lái tàu Hong Kong Pioneer ...................................................... 10 1.1. Giới thiệu chung về hệ thống lái ....................................................................... 11 1.1.1 .Khái niệm ........................................................................................................ 11 1.1.2.Các yêu cầu đối với hệ thống lái ....................................................................... 11 1.2 Giới thiệu hệ thống lái tàu Hong Kong Pioneer................................................ 11 1.2.1 Sơ đồ thủy lực ................................................................................................... 12 1.2.2. Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thủy lực ...................................................... 13 1.2.3.Các chế độ lái.................................................................................................... 14 1.3. Đánh giá hệ thống ............................................................................................. 17 Chương 2:Hệ thống điều khiển nồi hơi .................................................................... 18 2.1 Khái quát chung về hệ thống ............................................................................. 18 2.1.1. Khái niệm ........................................................................................................ 18 2.1.2. Đặc điểm, nhiệm vụ, phân loại ......................................................................... 18 2.1.3.Yêu cầu đối với nồi hơi tàu thủy ....................................................................... 20 2.1.4 Các chức năng điều khiển nồi hơi ..................................................................... 21 2.2.Hệ thống điều khiển nồi hơi tàu Hong kong Pioneer ....................................... 21 2.2.1.Giới thiệu phần tử ............................................................................................. 21 2.2.2 Nguyên lý hoạt động ......................................................................................... 25 2.2.3 Nhận xét ,đánh giá ............................................................................................ 32 Chương 3: Các hệ thống truyền động điện khác ...................................................... 33 3.1.Hệ thống neo tàu Hong Kong Pioneer............................................................... 33 3.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống neo ..................................................................... 33 Trang 1 3.1.2. Sơ đồ thủy lực tàu Hong Kong Pioneer ............................................................ 33 3.1.3. Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thủy lực ..................................................... 34 3.2 Hệ thống quạt gió buồng máy và Bơm ballast tàu Hong Kong Pioneer ......... 35 3.2.1. Khái quát chung .............................................................................................. 35 3.2.2. Hệ thống quạt gió buồng máy tàu Hong Kong Pioneer ..................................... 36 3.2.3.Bơm ballast tàu Hong Kong Pioneer ................................................................. 38 3.3. Hệ thống Máy nén khí tầu Hong Kong Pioneer............................................... 39 3.3.1.Khái quát chung ................................................................................................ 39 3.3.2.Hệ thống máy nén khí tàu Hong Kong Pioneer .................................................. 40 Phần 2: Đi sâu nghiên cứu trạm phát điện và vấn đề ổn định điện áp cho máy phát ..................................................................... 43 Chương 4– Trạm phát điện Hong Kong Pioneer 6500T ........................................ 43 4.1. Giới thiệu chung về trạm phát điện chính ....................................................... 43 4.1.1 Khái niệm ......................................................................................................... 43 4.1.2 Yêu cầu về trạm phát điện tàu thuỷ ................................................................... 43 4.1.3. Đặc điểm kỹ thuật của trạm phát điện chính tàu Hong Kong Pioneer .............. 43 4.2. Giới thiệu các phần tử cảu trạm phát .............................................................. 45 4.3. Các chế độ công tác của trạm phát .................................................................. 49 4.3.1 Chức năng hòa đồng bộ các máy phát ............................................................... 49 4.3.2 Chức năng phân bố tải giữa các máy phát công tác song song ........................... 53 4.4. Kiểm tra, báo động và bảo vệ cho trạm phát ................................................... 54 4.4.1 Bảo vệ quá tải ................................................................................................... 54 4.4.2 Bảo vệ ngắn mạch ............................................................................................. 54 4.4.3 Bảo vệ công suất ngược .................................................................................... 54 4.4.4 Bảo vệ cách điện thấp ....................................................................................... 55 Chương 5: Tổng quan chung về các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp cho máy phát đồng bộ 3 pha trên đội tàu thế giới.Và nghiên cứu thiết kế bộ tự động điều chỉnh điện áp............................................................................................ 56 Trang 2 5.1.Khái niệm về vấn đề ổn áp ................................................................................. 56 5.1.1.Sự cần thiết phải ổn định điện áp cho các máy phát đồng bộ ............................. 56 5.1.2.Những quy định của Đăng Kiểm đối với các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp ....................................................................................................................... 56 5.1.3.Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp của máy phát đồng bộ...................... 57 5.2.Các nguyên lý xây dựng các loại hệ thống TĐĐCĐA ngày nay ....................... 59 5.2.1.Nguyên lý điều chỉnh theo nhiễu loạn ............................................................... 59 5.2.2.Nguyên lý điều chỉnh theo độ lệch .................................................................... 67 5.2.3.Nguyên lý điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp ...................................... 74 5.3.Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tàu Hồng Kông Pioneer ........................ 82 5.3.1 Giới thiệu phần tử ........................................................................................... 82 5.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ................................................................. 84 5.4. Đánh giá ưu nhược điểm của các nguyên tắc.Từ đó rút ra ý tưởng thiết kế một bộ tự động điều chỉnh điện áp ..................................................................... 86 5.5. Nghiên cứu, thiết kế 1 bộ tự động điều chỉnh điện áp điển hình ..................... 87 5.5.1.Đề suất sơ đồ điều chỉnh điện áp ....................................................................... 87 5.5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống .................................................................... 89 5.5.3.Giải thích 1 số chức năng .................................................................................. 92 Phần 3 Kết luận ....................................................................................................... 99 Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 100 Trang 3 LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam là một quốc gia nằm ở ven biển, có bờ biển dài 3260 Km. Từ xa xưa nhân dân ta đó biết sử dụng bờ biển để vận chuyển hàng hoá. Ngày nay vận tải biển đóng vai trò quan trọng trong giao thông vận tải. Nó chiếm ưu thế về khối lượng hàng hóa và cả khoảng cách vận chuyển, chính vì vậy mà ngày nay trong công cuộc đổi mới, hội nhập và mở cửa thì vận tải đường biển đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân, là động lực thúc đẩy nền kinh tế phát triển theo hướng hội nhập. Để đáp ứng và khai thác triệt để tài nguyên trên, chúng ta cần có một nền công nghiệp tàu thuỷ hiện đại với những công nghệ đóng mới, sửa chữa tàu thủy bắt kịp với trình độ phát triển của thế giới, ngoài ra cần phải đào tạo đội ngũ kỹ sư, thuyền viên có trình độ kiến thức phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ. Là một sinh viên học tập tại khoa điện -điện tử tàu biển của trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam. Sau hơn 4 năm học tập và rèn luyện, em đó được trang bị tương đối đầy đủ các kiến thức cơ bản về những hệ thống điện năng trên tàu thuỷ và còn được tiếp cận với những trang thiết bị, công nghệ điều khiển hiện đại đó và đang được áp dụng trên nhiều con tàu vận tải hiện nay trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Sau khi thực tập tại công ty đóng tàu Phà Rừng, em đó tìm hiểu và thu thập được tài liệu tàu chở dầu 6500T mang tên Hong Kong Pioneer. Được sự nhất trí của ban chủ nhiệm khoa, em được giao đề tài thiết kế tốt nghiệp: “Trang thiết bị điện tàu Hong Kong Pioneer. Đi sâu trạm phát điện và vấn đề ổn định điện áp cho máy phát.” Qua quá trình tổng hợp, nghiên cứu sơ đồ thu thập được và sự nỗ lực phấn đấu của bản thân cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Th.s Đinh Anh Tuấn cùng các thầy giáo trong khoa Điện - Điện Tử Tàu Biển trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, em đó hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất.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 để đồ án của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Đinh Anh Tuấn, cùng nhiều thầy cô đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hải Phòng,ngày,tháng năm 2009 Sinh viên: Lê Đình Tú Trang 4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU DẦU HONG KONG PIONEER Tàu Hong Kong Pioneer là tàu chở dầu, hoá chất trọng tải 6500 tấn, được thi công đóng mới tại công ty đóng tàu Phà Rừng dưới sự giám sát của các chuyên gia Hàn Quốc. 1. Miêu tả chung về con tàu (mô tả hình dáng tàu): Tàu có mũi quả lê, sống đuôi và 1 boong chính liên tục với boong dâng lái, boong thượng tầng. Ca bin, buồng nghi khí, và khoang máy được lắp đặt ở phía lái. Phần vỏ chính của tàu dưới boong chính được chia cách bởi các vách ngang, vách dọc thành các khoang, các khu vực sau: * Khu vực lái: Phần lái để lắp buồng máy lái, các két nước ngọt, khoang cách ly và két dầu nặng. * Khu vực buồng máy: Buồng máy bố trí lắp đặt máy chính, các bệ sàn máy phụ, buồng điều khiển máy, xưởng sửa chữa và kho chứa.v.v Két dầu trực nhật và két phục vụ (F.O) và két lắng dầu bôi trơn được bố trí lắp đặt ở vị trí thích hợp. Đáy đôi gồm két lắng dầu bôi trơn, két dầu diesel, két dầu bẩn và các két cần thiết khác. * Khu vực hàng: Khu vực hàng có kết cấu vỏ kép, đáy đôi và gồm có 11 két hàng, 1 két nước bẩn,12 két nước ballast, 1 két nước ngọt khu vực hàng *Khu vực mũi (vùng mũi) : Két mũi, hầm xích neo, kho thuỷ thủ trưởng, các kho cần thiết khác, buồng chân vịt mũi được bố trí lắp đặt trên phần mũi tàu. *Phạm vi khai thác: Tàu được thiết kế để chở những hàng cùng với các cơ cấu kết cấu của tàu nhưng giới hạn chở hàng tương đương với nội thất trong bản thuyết minh chung bao gồm cả trọng lực riêng của hàng hóa. - Các sản phẩm từ dầu. - Các hóa chất ,IMO loại II và III bao gồm hàng độc hại. - Các hóa chất ,các hàng không phân cấp theo IMO - Rau,dầu cá và dầu động vật. Trang 5 Các hàng chất lỏng khác sẽ được chở miễn là sự độc hại,khả năng phản ứng ,khả năng gây cháy ,áp suất hơi, mật độ, có sức bền với vật liệu két và các vật chất khác trong phạm vi giới hạn của bản thuyết minh chung. 2. Các kích thước cơ bản: - Chiều dài toàn bộ (Length O.A.): 110.00 M - Chiều dài giữa hai đường vuông góc (Length B.P.) : 102.00 M - Chiều rộng (breadth MLD. ): 18.20 M - Chiều cao mạn/ chiều sâu (Depth MLD.): 8.75 M - Mớn nước thiết kế (Draft (Design) MLD.): 6.70 M - Mớn nước kích thức tiết diện cơ cấu (Scantling MLD. ): 6.80 M - Chiều cao boong và sự cong ngang boong: - Chiều cao giữa các boong (tại đường tâm tàu). - Boong chính – boong dâng mũi: 2.900 M - Boong chính –boong dâng lái 2.900 M - Boong dâng lái – boong A 2.650 M - Boong A –boong B 2.650 M - Boong B-Boong sĩ quan 2.650 M - Boong sĩ quan–boong nghi khí hàng hải 2.650 M - Boong nghi khí hàng hải – boong la bàn 2.600 M - Cong ngang boong (straight camber) 0.150 M 3. Tải trọng: - Tải trọng toàn phần : 7500tonnes - Tải trọng ở mớn nước thiết kế: 6500 tonnes 4. Dung tích: - Két dầu hàng bao gồm két nước bẩn: 7300 M3 - Két dầu nhiên liệu (dầu F.O): 275 M3 - Két dầu diesel (dầu D.O): 90 M3 - Các két nước ngọt: 110 M3 - Két nước sạch: 200 M3 - Các két nước dằn ballast: 2650 M3 5. Tốc độ và sức bền: Tốc độ thử tại mớn nước thiết kế khoảng 13.50 hải lý tại vòng quay lớn nhất Tốc độ khai thác tại mớn nước thiết kế khoảng 13.00 hải lý tại 90% vòng quay lớn nhất với 15 % dự trữ. Sức bền khoảng 5500 N.M tại vòng quay trung bình (NCR). Trang 6 6. Sức chứa: Class / cấp Deck / boong Engine/ máy Etc Captain class Captain Chief Cấp thuyền Thuyền Engineer trưởng trưởng Máy trưởng Officer class C/officer 1st/engineer Pilot ,owner Cấp sĩ quan 2nd/officer 2nd/engineer 3rd/officer 3rd/engineer Petty officer Bosun No.1 oiler Cook Hạ sĩ quan Thủy thủ trưởng Crew class 3 sailer 2 Oilers Owner Thuyền viên Total 8 persons 7 persons 3 persons 7.Trạm phát điện chính và sự cố: Tàu dầu Hong Kong Pioneer được trang bị 3 máy phát loại không chổi than của hãng YANMAH và 1 máy phát sự cố. a.Các thông số của máy phát chính: Số lượng: 3 Model: 6N165L_UN Công suất: 500 KVA Tần số: 60 Hz; Số pha: 3 pha Điện áp: AC 445 V Dòng điện: 642 A Cosφ: 0,8 Vật liệu cách điện: Cấp F Điện áp sấy: 110 V, 1 pha,60Hz Công suất mạch sấy: 200 W Điện áp động cơ điều tốc: 110 V, 1 pha,60Hz Công suất động cơ điều tốc: 20 W Điện áp máy phát kích từ : 100 V Trang 7 Dòng kích từ : 40 A Số vòng quay định mức: 1200 v/p SERIAL NO: 510046A1A Tổng trọng lượng: 2100 Kg b.Các thông số của máy phát sự cố: Số lượng : 1 TYPE: SUC.M274H1 Công suất : 206,2 KVA Tần số : 60 Hz Số pha: 3 pha Điện áp : 450 V Dòng điện : 264,6 A Cosφ : 0,8 Vật liệu cách điện : Cấp H Điện áp máy phát kích từ : 35V 8.Máy chính: Máy chính được thiết kế và sản xuất dựa trên quy định chung của nghành hang hải và nghuyên tắc của đăng kiểm. Vật liệu và thiết bị cho máy được sản xuất và các thiết bị van, ống, bích, bu long, ê cu, thiết bị đo v.v được cấp theeo đúng tiêu chuẩn của Hàn Quốc và thực tế của nhà máy đóng tàu. Máy mang kí hiệu: Hanshin LH46L Loại: Động cơ diesel tàu thuỷ 4 thì, tác dụng đơn, piston một hàng thẳng đứng, một tua bin tăng áp và một bầu làm mát không khí ( sinh hàn gió). Số lượng: 1 bộ Công suất tối đa: 2.942KW Vòng quay tại công suất tối đa: 200 (RPM) Dầu nhiên liệu (F.O) 3500 sec R.W. No.1 ở 1000F Suất (lượng) tiêu hao nhiên liệu: 136 g/HP.h + 3% Hệ thống khởi động: Khởi động bằng khí nén Hệ thống đảo chiều: Đảo chiều trực tiếp Khởi động và dừng: Bên cạnh máy, trong buồng điều khiển máy, trên buồng lái Trang 8 Hệ thống điều khiển tốc độ: Trên buuồng lái, buồng điều khiển máy Hệ thống làm mát: Làm mát xi lanh bằng nước ngọt Làm mát piston bằng dầu nhờn (L.O) Mỗi sinh hàn – nước biển Làm mát: Nước biển Trang 9 Phần 1:Trang thiết bị điện tàu Hong Kong Pioneer Chương 1:Hệ thống lái tàu Hong Kong Pioneer. 1.1. Giới thiệu về hệ thống lái. 1.1.1. Khái niệm: Hệ thống lái là hệ thống thực hiện chức năng điều khiển con tàu theo hành trình cho trước, đi lại trong các luồng hẹp hoặc điều động tàu ra vào cảng. Hoạt động của thiết bị lái có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn, nâng cao hiệu quả kinh tế trong khai thác . Với chức năng và tầm quan trọng như vậy, hệ thống truyền động điện lái phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản . Hệ thống phải có cấu tạo đơn giản, có độ bền cao. Hệ thống điều khiển phải được thiết kế với sơ đồ đơn giản nhất, sử dụng ít phần tử nhất . - Có hệ số dự trữ cao . - Có khả năng quá tải lớn theo mômen . - Phải đảm bảo thời gian bẻ lái (- max  +max)  28s . - Đơn giản và thuận tiện trong điều khiển . - Phải có thiết bị kiểm tra để biết vị trí thực của bánh lái . - Hệ thống phải có lái sự cố . - Trọng lượng và kích thước nhỏ , giá thành thấp . 1.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống lái: a. Yêu cầu về khai thác. - Hệ thống điều khiển cho phép chỉnh định các thông số khi điều kiện khai thác của tàu thay đổi, để đáp ứng được yêu cầu về chất lượng và an toàn của hệ thống. - Trong chế độ tự động phải giữ cho con tàu chuyển động theo hướng đi cho trước với độ chính xác Δα ≤ ± 1°. - Biên độ dao động trung bình của tàu so với hướng đi cho trước không vượt quá 1° khi sóng biển không quá cấp 3 và vận tốc tàu ≥ 6 hải lý, không vượt quá 2 - 3° khi sóng biển không quá cấp 6, khi sóng biển quá cấp 6 thì cho phép biên độ dao động trung bình từ 4° - 5°. - Hệ thống lái tự động có khả năng thay đổi hướng đi của con tàu nhưng trong quá trình thay đổi hướng đi của tàu bằng chế độ lái tự động phải thay đổi từ từ .Mỗi lần thay đổi không vượt quá 10 % tổng giá trị hướng đi. Trong thực tế người ta thay đổi 5°/ lần để tránh lật tàu . - Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển được 3 chế độ: lái đơn giản, lái lặp và lái sự cố. Trang 10 - Hệ thống lái phải đảm bảo thuận lợi khi khai thác, phải có tín hiệu báo động bằng đèn và còi khi mất nguồn la bàn, mất nguồn máy lái, quá tai, lệch hướng đi cho phép. - Hệ thống lái phải hoạt động an toàn trong các chế độ rung lắc lớn, đồng thời phải đảm bảo độ chính xác khi nhiệt độ môi trường thay đổi từ -10°C ÷50°C, độ ẩm từ 95 ÷ 98 % . b. Yêu cầu về cấu trúc : - Cấu trúc các khí cụ phải có khả năng làm việc tin cậy trong thời gian ít nhất là 10 năm. - Cấu trúc các phần tử phải đơn giản thuận tiện, an toàn cho việc sửa chữa và bảo quản. - Trụ điều khiển đặt ở buồng lái phải kín nước. Còn các thiết bị đặt ở buồng máy lái phải chống nước ( chống được các tia nước bắn vào ). - Hoạt động của hệ thống không gây nhiễu đối với thiết bị vô tuyến quá mức cho phép. - Thiết bị điều khiển, chỉnh định bố trí trên bề mặt trụ điều khiển thuận lợi cho việc khai thác và bên cạnh nó phải ghi các chức năng. - Trụ điều khiển phải có đèn chiếu sáng riêng ở từng chế độ và cường độ sáng có thể đièu khiển từ 0 ÷ Max. - Các lắp đậy các cửa phải được mở dễ dàng khi sửa chữa và bảo quản. - Vỏ máy phải được nối đất bảo vệ. - Bề mặt khí cụ phải được bọc lớp chống gỉ, không cho phép dùng các chất nhôm, hợp kim nhôm và các kim loại nóng chảy để chế tạo các linh kiện dẫn điện. 1.2. Giới thiệu hệ thống lái tàu Hong Kong Pioneer . Trên tàu dầu 6500t được trang bị hai hệ thống lái độc lập, nhưng phục vụ cho một động cơ máy lái để điều chỉnh bánh lái cho hành trình của con tàu.  Thông số của máy lái : - Giới hạn góc lái l