8 Chơng trạm phát điện tàu thủy 1.1 Giới thiệu tổng quát trạm phát điện tàu thủy Trên tàu thủy nguồn lợng điện đợc tạo nhờ máy phát điện đồng pha, đợc truyền động động Diesel phụ, Diesel Turbin Số lợng công suất máy phát phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải, hay cách khác phụ thuộc vào kích thớc trọng tải tính chất tàu Thông thờng trạm điện tàu thủy có từ 02 - 05 tổ máy đợc thiết kế để chúng làm việc song song với Mục đích làm tăng tính an toàn, đảm bảo cung cấp điện cách liên tục cho phụ tải đồng thời đảm bảo hiệu khai thác sử dụng nh hiệu kinh tế Tuy nhiên máy phát công tác song song với trình diễn hệ thống phức tạp, chí dẫn đến hệ thống hoạt động ổn định Sơ đồ phân bố lợng điện tàu thủy đợc mô tả hình 1.1 PT1 PT2 PTn TC AT1 MF1 Đ1 AT2 MF2 Đ2 AT3 MF3 Đ3 Hình 1.1: Hệ thống phân phối lợng điện tàu thuỷ Trong đó: - MF1, MF2, MF3: Các máy phát đồng pha - Đ1, Đ2, Đ3: Các động cấp lai máy phát, động Diesel hay Turbin - AT1, AT2, AT3: Các Aptomat máy phát - TC: Thanh nơi tập trung lợng điện, tuỳ theo cấu trúc tàu khác mà số lợng bố trí khác - PT1, PT2, PTn: Phụ tải tiêu thụ lợng điện Tất phụ tải tiêu thụ lợng điện đợc thiết kế, chế tạo công tác với điện áp, tần số định mức cho trớc, công tác với điện áp, tần số thiết bị hoạt động tin cậy có tuổi thọ cao Do vậy, để trì đợc điện áp tần số không đổi cung cấp cho phụ tải, trạm phát điện tàu thuỷ đợc trang bị hệ thống tự động ổn định điện áp, tự động điều chỉnh vòng quay Diesel, hệ thống phân chia tải phản tác dụng tải tác dụng Trong trình làm việc song song việc phân chia tải máy phát việc quan trọng Việc chia tải tác dụng máy phát phụ thuộc vào động sơ cấp cụ thể liên quan đến hệ điều tốc Phân chia tải phản tác dụng liên quan đến hệ điều chỉnh điện áp, phụ thuộc giá trị dòng kích từ máy chúng làm việc song song Để đảm bảo hệ thống làm việc an toàn trạm phát điện tàu thuỷ đợc trang bị thiết bị báo động, bảo vệ nh: với máy phát có bảo vệ ngắn mạch, tải, công suất ngợc, với động sơ cấp động diesel thông số áp lực dầu bôi trơn, nhiệt độ nớc làm mát, tốc độ,v.v Chế độ hoạt động hệ thống lợng điện tàu thuỷ thay đổi phụ thuộc vào chế độ hoạt động tàu Tuy hệ thống phải đảm bảo tính ổn định phải tuân thủ quy định, yêu cầu chất lợng hệ thống 10 1.2 Các quy định đăng kiểm hệ thống tự động ổn định điện áp tiêu đánh giá chất lợng hệ thống tự động 1.2.1 Quy định đăng kiểm Quy định Đăng kiểm, [8] nh sau: - Chế độ tĩnh: Khi phụ tải thay đổi từ - Iđm, với cos = cos đm, tốc độ quay động sơ cấp tốc độ quay định mức với sai số 5% điện áp máy phát không thay đổi 2.5%Uđm Còn cos thay đổi từ 0.6 - 0.9 dao động không 3.5% - Chế độ động: Khi thay đổi tải đột ngột thời gian điều chỉnh (ổn định) không vợt 1.5 (s), thay đổi tải đột ngột với P = 60% P đm cos < 0.4 độ chỉnh không vợt -15% đến +20% điện áp định mức 1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lợng hệ thống tự động Chất lợng hệ thống điều khiển tự động đợc đánh giá qua tiêu tính ổn định tiêu khác trình độ xác lập Một hệ thống điều khiển tự động gọi ổn định tín hiệu hệ thống tắt dần theo thời gian lim qd (t ) = t tín hiệu hệ tiến tới giá trị ổn định số tín hiệu vào u(t) = 1(t) - Chất lợng tĩnh: Sau vào ổn định trạng thái xác lập tồn sai lệch tuỳ thuộc vào điều khiển Đó chất lợng tĩnh đợc đánh giá theo sai lệch tĩnh 11 s = lim e (t ) = e() (1.1) t - Chất lợng động: + Độ chỉnh (lợng điều chỉnh): max = ymax - y () ymax giá trị lớn hàm độ y(t) + Thời gian độ tqd: Là thời gian đợc tính đến giá trị hàm độ vào vùng ổn định + Độ tác động nhanh hệ thống đợc đánh giá thời điểm mà hàm độ đạt đợc giá trị y() lần + Số lần dao động n xung quanh giá trị y () Chất lợng động hệ thống đợc xác định qua tiêu chuẩn tích phân, tùy theo dạng đờng cong độ mà có tiêu chuẩn đánh giá khác 1.3 Hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay động Diesel, thông số đặc trng chủ yếu điều tốc 1.3.1 Hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay động Diesel Trong trình khai thác, chế độ làm việc động Diesel thờng xuyên thay đổi, tức chế độ làm việc ổn định hệ thống bị phá vỡ Khi thay đổi phụ tải hay mômen quay động vòng quay hệ trục thay đổi, [3] ta có: dw Jdc dt = Me -Mc (1.2) Trong đó: Jdc-mô men quán tính quy đổi hệ động thiết bị tiêu thụ lợng Me, Mc- Mô men quay, mô men cản 12 Nh vậy, để vòng quay hệ trục không thay đổi thay đổi giới hạn cho phép phải đảm bảo mômen động Diesel sinh cân với mômen cản thiết bị tiêu thụ lợng, điều đợc thực cách luôn thay đổi lợng nhiên liệu cấp cho động Trong trình khai thác, phụ tải thay đổi phụ thuộc vào điều kiện bên nên điều khiển lợng nhiên liệu cấp cho động tay đợc Ngoài động Diesel nhậy cảm với chế độ tốc độ Nếu vòng quay khai thác vợt vòng quay cho phép, chất lợng công tác chu trình xấu đi, làm giảm tính tin cậy, tăng suất tiêu hao nhiên liệu, giảm tuổi thọ động Vì cần thiết phải đảm bảo động làm việc khoảng vòng quay cho phép điều tốc Do vậy, bố trí điều tốc để tự động điều chỉnh lợng nhiên liệu cấp chu trình cho công suất động cân với công suất máy công tác điều cần thiết Hiện nay, loại điều tốc lắp động Diesel đa dạng phụ thuộc vào công dụng đặc tính động Dựa vào đặc điểm điều tốc thờng lắp động Diesel phân thành loại khác nh sau: - Bộ điều tốc giới, thuỷ lực, điện chân không - Bộ điều tốc xung xung - Bộ điều tốc có sai số tĩnh sai số tĩnh - Bộ điều tốc độc lập lắp cụm bơm cao áp - Bộ điều tốc trực tiếp gián tiếp 1.3.2 Các thông số đặc trng điều tốc Bộ điều tốc có tác dụng giữ cho vòng quay không thay đổi hay thay đổi tác động ngời, không phụ thuộc vào tải Đặc tính điều tốc đợc đặc trng số thông số chủ yếu sau: 13 1.3.2.1 Độ không đồng () Độ không đồng trình điều chỉnh vòng quay tỷ số độ chênh vòng quay động tăng từ đến toàn tải (khi giữ nguyên vị trí bơm cao áp) với vòng quay trung bình: = n kt n H ntb (1.3) Trong đó: nkt - vòng quay ứng với động làm việc chế độ không tải, v/ph nH - vòng quay ứng với động làm việc chế độ định mức v/ph; ntb = (nkt + nH)/2 - vòng quay trung bình, v/ph mức độ sai số tĩnh điều tốc, đặc trng cho khả trì vòng quay ban đầu, nhỏ chất lợng điều tốc cao, nhiên thời gian điều chỉnh tăng lên Trong trờng hợp đờng đặc tính điều tốc vuông góc với trục hoành ( = 0) gọi đặc tính siêu tĩnh hay phi tĩnh (đặc tính izôđrôm) Trong trờng hợp đờng đặc tính điều tốc có độ dốc ( > 0) gọi đặc tính tĩnh định Đối với động điezel lai máy phát điện = ữ 5% 1.3.2.2 Độ không nhậy điều tốc Nếu lực ma sát, vận tốc góc động thay đổi làm dịch chuyển cấu điều tốc Thực tế, ảnh hởng lực ma sát cấu điều tốc cấu điều khiển nhiên liệu nên vận tốc góc thay đổi nhỏ, điều tốc phản ứng Giới hạn thay đổi vận tốc góc tơng ứng vùng phản ứng gọi khu vực không nhậy Chiều rộng khu vực không nhậy thể độ không nhậy điều tốc kn kn = ' cb "cb cb ; cb = ' cb + " cb (1.4) 14 Trong đó, cb , cb - giá trị vận tốc góc điểm biên khu vực không nhậy tăng giảm vòng quay động Trong điều tốc đại lực ma sát khô nhỏ Trong điều kiện làm việc độc lập, độ không nhậy ảnh hởng không nhiều tới chất lợng làm việc động Khi làm việc song song, cần có độ không nhậy nhỏ gây sai lệch lớn công suất động chế độ cân hệ thống điều chỉnh đợc xác lập chế độ phụ tải khu vực không nhậy động Độ không nhậy điều tốc tăng lên phụ thuộc vào thời gian khai thác động chất lợng chăm sóc bảo dỡng Với động làm việc song song động mới, điều tốc giống nhng vùng không nhậy không hoàn toàn giống nên hiệu chỉnh cần phải xem xét cẩn thận 1.3.2.3 Độ thay đổi vòng quay tơng đối lớn Độ thay đổi vòng quay tơng đối lớn tỷ số biên độ dao động vòng quay lớn (vận tốc góc lớn nhất) thời gian chuyển tiếp với vòng quay định mức: dd = H n dd = n H (1.5) ndd (dd) - biên độ dao động vòng quay (vận tốc góc) lớn trình chuyển tiếp Giá trị độ thay đổi vòng quay tơng đối lớn phụ thuộc vào chất lợng điều tốc, trạng thái kỹ thuật, chất lợng trình cháy động hệ thống phục vụ, phụ thuộc vào phơng pháp mức độ thay đổi tải theo độ quy định đăng kiểm độ điều chỉnh có giá trị cao 10% vòng quay định mức 15 s tct H B H A dd maxkt dd tct s t Hình 1.2:Biểu diễn Sự thay đổi , , tct 1.3.2.4 Độ không ổn định vòng quay tơng đối Độ không ổn định vòng quay tơng đối tỷ số biên độ vòng quay động làm việc ứng với chế độ ổn định với vòng quay ổn định tơng đối (định mức, không tải v.v ): s = H s hay = kt (1.6) Trong đó: s - biên độ dao động vận tốc góc ứng với chế độ ổn định; H, kt - vận tốc góc ứng với chế độ ổn định (chế độ định mức không tải) 1.3.2.5 Thời gian chuyển tiếp tct (hay thời gian điều chỉnh) Thời gian chuyển tiếp tct thời gian tính từ lúc bắt đầu thay đổi tải tới lúc biên độ dao động vòng quay nằm giới hạn không ổn định cho phép Thời gian tct phụ thuộc vào loại chất lợng điều tốc, trạng thái kỹ thuật động hệ thống phục vụ, phơng pháp mức độ thay đổi tải 16 Đối với động Diesel lai máy phát, thời gian điều chỉnh không lớn 5(s) 1.4 Chỉ tiêu chất lợng [4] trạm phát điện tàu thủy 1.4.1 Hệ số đặc trng biến dạng đặc tính thời gian điện áp dòng điện Chỉ số biến dạng đặc tính thời gian điện áp dòng điện lới điện tàu thủy đợc xác định: n Kn = Trong đó: A h=2 AC h * 100% (1.7) Kn - Hệ số biến dạng điện áp Ah - Giá trị hiệu dụng sóng bậc h AC - Giá trị hiệu dụng đặc tính 1.4.2 Hệ số độ lệch cực đại giá trị tức thời điện áp sóng bậc Uw Uw = Trong đó: U m U * 100% (1.8) Um: độ lệch điện áp cực đại U1: Giá trị hiệu dụng sóng bậc điện áp Do có tổn hao gây nên sóng bậc cao dòng điện máy điện, biến áp, tụ điện thiết bị bù cos nên cần xác định giá trị trung bình hệ số biến dạng Ku thời gian dài 1.4.3 Hệ số hàm lợng sóng bậc cao Để đánh giá tác dụng lới sóng radio ta cần xác định hàm lợng sóng bậc cao kih Hệ số đợc định nghĩa: 17 k ih = In I1 (1.9) Bằng phơng pháp đo lờng ta xác định toàn phổ tần tín hiệu điện áp dòng điện xác định hàm lợng số sóng bậc cao phụ thuộc vào số lợng, loại thiết bị có hệ thống 1.4.4 Hệ số đặc trng lệch điện áp, tần số độ phi đối xứng điện áp - Các hệ số đặc trng độ lệch điện áp tần số lới điện tàu thủy là: Độ lệch điện áp U, độ lệch tần số f - Các hệ số cần phải xác định trạng thái động tính theo biểu thức sau: Hệ số độ lệch điện áp: U = Trong đó: U U dm * 100% U dm (1.10) Udm điện áp định mức U giá trị hiệu dụng Hệ số độ lệch tần số: f = Trong đó: f f dm * 100% f dm fdm tần số định mức f giá trị tần số Ngoài phải xác định thời gian tồn trình độ (1.11) 18 1.4.5 Chỉ số phi đối xứng điện áp - Chỉ số phi đối xứng điện áp hệ số không đối xứng điện áp W n đợc xác định nh tỷ số độ lệch cực đại điện áp trung bình U pha giá trị trung bình điện áp lới Utb Wn = U U tb (1.12) - Theo quy định tổ chức kỹ thuật điện quốc tế (IEC) độ phi đối xứng vợt 5% cần phải ý tới thành phần điện áp đối xứng ngợc phân tích chế độ làm việc động dị 1.4.6 Hệ số đặc trng phân chia tải tác dụng phản kháng máy làm việc song song Các số không gặp lới điện bờ mà gặp lới điện tàu thủy có liên quan đến làm việc liên tục trạm điện Các số phân bố công suất tác dụng phản kháng Pi, Qi xác định nh sau: n Pi = P1 i Pin i =1 Pnm * 100% (1.13) n Qi = Trong đó: Qi i Pin i =1 Qnm * 100% (1.14) Pi, Qi: Công suất tác dụng phản kháng Pnm, Qnm: Tải định mức công suất tác dụng phản kháng máy phát làm việc song song có công suất lớn n: Số lợng máy phát làm việc song song i: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào số lợng công suất máy làm việc song song 19 1.4.7 Các số phụ Do đặc điểm lới điện tàu thủy lới mềm, máy phát có hệ điều chỉnh điện áp tần số độc lập nên hệ thống xuất độ lệch U/f so với giá trị định mức Hệ số đợc xác định nh sau: U U dm f f dm = * 100% U dm f dm (1.15) Đại lợng nên tính thời gian dài lấy giá trị trung bình ảnh hởng tới tổn hao mạch từ [...]...18 1.4.5 Chỉ số phi đối xứng điện áp - Chỉ số phi đối xứng điện áp có thể là hệ số không đối xứng điện áp W n đợc xác định nh tỷ số độ lệch cực đại của điện áp trung bình U của pha bất kỳ đối với giá trị trung bình của điện áp lới Utb Wn = U U tb (1.12) - Theo quy định của tổ chức kỹ thuật điện quốc tế (IEC) nếu độ phi đối xứng vợt quá 5% thì cần phải chú ý tới thành phần điện áp đối xứng ngợc khi phân... gặp trong lới điện bờ mà chỉ gặp trong lới điện tàu thủy vì nó có liên quan đến sự làm việc liên tục của trạm điện Các chỉ số phân bố công suất tác dụng và phản kháng Pi, Qi xác định nh sau: n Pi = P1 i Pin i =1 Pnm * 100% (1.13) n Qi = Trong đó: Qi i Pin i =1 Qnm * 100% (1.14) Pi, Qi: Công suất tác dụng và phản kháng Pnm, Qnm: Tải định mức công suất tác dụng và phản kháng của máy phát làm việc... tác dụng và phản kháng của máy phát làm việc song song có công suất lớn nhất n: Số lợng máy phát đang làm việc song song i: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào số lợng và công suất của các máy đang làm việc song song 19 1.4.7 Các chỉ số phụ Do đặc điểm của lới điện tàu thủy là lới mềm, các máy phát có hệ điều chỉnh điện áp và tần số độc lập nên trong hệ thống xuất hiện độ lệch U/f so với giá trị định mức Hệ