Tài liệu Thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát cho nhà máy nhiệt điện Phả Lạ

ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát cho nhà máy nhiệt điện Phả Lạ

Lời Mở Đầu
PhÇn I: giíi thiÖu chung vÒ nhµ m¸y ®iÖn ph¶ l¹i.
A- C¸c ®Æc ®iÓm chung vÒ nhµ m¸y:
B- giíi thiÖu vÒ chu tr×nh nhiÖt chi tiÕt cña mét tæ m¸y.
S¬ ®å tæ chøc ho¹t ®éng cña Nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn Ph¶ L¹i
phÇn II: Giíi thiÖu vÒ m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé xoay chiÒu hÖ thèng kÝch tõ m¸y ph¸t vµ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn kÝch tõ
Ch­¬ng I : Giíi thiÖu vÒ m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé xoay chiÒu:
I.1. §Þnh nghÜa vµ c«ng dông
I.1.1. §Þnh nghÜa:
I.1.2. C«ng dông:
I.2. CÊu t¹o m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
I.2.1. Stato
I.2.2. R«to
I.3. Nguyªn lý lµm viÖc cña MF§ ®ång bé
I.4. Ph¶n øng phÇn øng cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
I.5. Ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn cùc låi
I.6. C«ng suÊt ®iÖn tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi
I.6.1. C«ng suÊt t¸c dông
I.6.2. C«ng suÊt ph¶n kh¸ng
I.6.3. §iÒu chØnh c«ng suÊt t¸c dông vµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng
I.7. C¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ph¸t ®ång bé
I.7.1. §Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
I.7.2. §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
I.7.3. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
I.7.4. §Æc tÝnh t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
I.8. ChÕ ®é thuËn nghÞch cña m¸y ®iÖn
I.8.1. ChÕ ®é m¸y ph¸t
I.8.2. M¸y lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬
I-9. ChÕ ®é lµm viÖc song song cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé
ch­¬ng II: HÖ thèng kÝch tõ m¸y ph¸t
II.1- Kh¸i niÖm chung
II.2- Ph©n lo¹i vµ ®Æc ®iÓm cña mét sè hÖ thèng kÝch tõ
II.2.1- HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu
II.2.2- HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u
II.3- HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn
Ch­¬ng III: ThiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K)
III-1. S¬ ®å khèi thiÕt bÞ tù ®éng ®iÒu chØnh kÝch tõ (T§K)
III.2- Mét sè ph­¬ng ph¸p æn ®Þnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t
III.2.1- §iÒu chØnh ®iÖn ¸p sö dông biÕn trë than
III.2.2- Bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p sö dông khuyÕch ®¹i tõ
III.2.3- Bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t b»ng b¸n dÉn sö dông transitor c«ng suÊt
phÇn III: thiÕt kÕ m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p cho nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn Ph¶ L¹i
A- Tæng quan
B- Gi¶i ph¸p thùc hiÖn
B.1- Yªu cÇu chÝnh:
B.2- Gi¶i ph¸p lùa chän:
B.2.1- Nguyªn lý lµm viÖc cña hÖ thèng:
B.2.2- C¸c thiÕt bÞ tiªu chuÈn:
Ch­¬ng IV: Lùa chän thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc
IV.1- TÝnh chän m¹ch ®éng lùc
IV.1.1 - M« t¶ kh¸i qu¸t c«ng nghÖ cña t¶i:
IV.1.2 - Chän ph­¬ng ¸n nguån vµ m¹ch ®iÒu khiÓn c«ng suÊt
IV.1.3 - S¬ ®éng m¹ch lùc (s¬ ®å 1 sîi):
I.1.4 - Giíi thiÖu c¸c m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn c«ng suÊt b»ng b¸n dÉn
IV.1.5 - Ph©n tÝch lùa chän s¬ ®å ®iÒu khiÓn c«ng suÊt:
IV.1.6 - TÝnh chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¹ch ®éng lùc
IV.1.6 : TÝnh to¸n ®iÖn kh¸ng :
IV.1.7 : TÝnh to¸n, vÏ c¸c ®­êng cong dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p cña t¶i, cña c¸c van khi m¸y lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é kh«ng t¶i, ®Þnh møc vµ chÕ ®é c­êng kÝch.
IV.1.8 : TÝnh to¸n hÖ thèng t¶n nhiÖt cho van :
IV.1.9- TÝnh chän m¸y biÕn ¸p lùc :
IV.1.10 : B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van ®éng lùc :
IV.1.11 : B¶o vÖ ng¾n m¹ch :
ch­¬ng V : ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn
V.2.1 : C¸c yªu cÇu chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn
V.2.2: Nguyªn t¾c x©y dùng
V.2.4: Ph©n tÝch c¸c ph­¬ng ¸n

LờI Mở ĐầU
Chất lượng điện áp là một yếu tố rất quan trọng trong việc sản xuất điện năng, và nó cũng là một trong những nguyên nhân quyết định sự tồn tại và phát triển của bất kỳ một quốc gia nào trên thế giới.
ở Việt Nam nói riêng, nguồn năng lượng điện ngày càng khẳng định vai trò quyết định trong sự thoả mãn nhu cầu ngày càng cao về điện cho xây dựng và bảo vệ tổ quốc. Cũng nh­ nhu cầu sinh hoạt của nhân dân. Sản lượng và chất lượng điện không ngừng được nâng cao, nhiều nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện cũng đã và đang được củng cố và xây dựng mới.
Đối với Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1, do Liên xô (cũ) giúp ta xây dựng. Phần lớn việc ổn định điện áp là do nguyên lý cổ điển. Phần từ trường kích thích cho máy phát điện tạo bởi máy phát kích thích lắp đồng trục với máy phát chính. Phương pháp này có nguyên lý đơn giản, nhưng có nhược điểm là độ tin cậy, chất lượng điều khiển không cao.
Hiện nay do công nghệ phát triển, các linh kiện bán dẫn công suất lớn được chế tạo với độ tin cậy cao, giá thành hợp ly. Việc thay thế các bộ điều khiển trực tiếp cho cuộn kích thích của máy phát đã được thực hiện.
Để tiếp thu ứng dụng nền khoa học mới cùng với kiến thức mà em đã được học trong nhà trường. Nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp của em được giao là : Thiết kế mạch ổn định điện áp máy phát cho nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1. Vì thời gian và trình độ hiểu biết có hạn nên bản đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong nhận được sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của thầy giáo Nguyễn Huy Phương, thầy Nguyễn Công Hiền cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hoá các xí nghiệp công nghiệp đã quan tâm giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này đúng kỳ hạn.

Phần I: giới thiệu chung về nhà máy điện phả lại.
A- Các đặc điểm chung về nhà máy:
Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại thuộc địa bàn huyện Chí Linh - tỉnh Hải Dương. Nhà máy được khởi công xây dựng ngày 17 tháng 5 năm 1980 với sự giúp đỡ của các chuyên gia Liên xô. Nhà máy được thiết kế lắp đặt với công suất là 440 MW gồm 4 tổ máy. Mỗi tổ máy được lắp đặt theo kiểu hai lò một tua bin, máy phát, mỗi tổ máy có công suất là 110 MW.
Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại được sử dụng phần lớn là than được khai thác từ mỏ than Quảng Ninh. Lò có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật nh­ :
- Hiệu suất lò : h[SUB]lò[/SUB] = 86,05%
- Nhiệt độ khói thoát : t[SUB]khói thoát[/SUB] = 133[SUP]0[/SUP]C.
Các tổ máy của nhà máy được lần lượt đưa vào vận hành và đáp ứng kịp thời tốc độ tăng trưởng của phụ tải điện trong cả nước, trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt Nhà máy được tăng cường khai thác từ những năm 1994 khi đường dây tải điện 500 kV Bắc Nam được đưa vào sử dụng thống nhất hệ thống điện trong cả nước.
Nhiên liệu cung cấp cho quá trình đốt cháy chủ yếu của lò hơi là than Quảng Ninh và dầu FO. Than được vận chuyển về nhà máy theo đường thuỷ và đường sắt.
- Quá trình vận chuyển theo đường thuỷ là nhờ các xà lan tầu thuỷ, than được bốc dỡ nhờ cẩu ky rốp đưa lên băng tải vận chuyển đưa thẳng lên lò hoặc đưa vào kho than dự trữ.
- Quá trình vận chuyển theo đường sắt nhờ tầu hoả, than được bốc dỡ nhờ thiết bị quang lật toa rồi đưa vào băng tải vận chuyển lên lò hoặc đưa vào kho than dự trữ.
- Dầu FO được vận chuyển về nhà máy theo đường thuỷ nhờ các xà lan và được các bơm dầu bơm vào các bể dự trữ.
Lượng khói thoát trước khi thải ra ngoài trời được sử lý qua bộ lọc tĩnh điện. Bộ lọc này làm việc với hiệu suất là 99%. Khói được các quạt khói đưa vào ống khói và đẩy ra ngoài ở độ cao của ống khói là 200m.
Sản lượng điện hàng năm của nhà máy là : 2,86 tỷ kWh
Lượng điện tự dùng tổng nhà máy là : 10,15%
Hiệu suất khử bụi trong khói là : 99%
Lượng than tiêu thụ hàng năm là : 1,254.400 tấn
Lượng dầu FO tiêu thụ hàng năm là : 7.150 tấn
Suất tiêu hao than tiêu chuẩn là : 439 g/kWh
B- giới thiệu về chu trình nhiệt chi tiết của một tổ máy.
Nhà máy nhiệt điện Phả Lại bao gồm có 4 khố kép. Mỗi khối gồm có 2 lò hơi và 1 tua bin máy phát, các khối được vận hành độc lập với nhau theo chu trình kín.
Nước ngưng từ bình ngưng của tua bin sẽ được bơm ngưng đưa qua các bình gia nhiệt hạ áp 4, 5, 6, 7, 8. Hơi được trích từ tua bin qua các cửa trích không điều chỉnh nước sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp được gia nhiệt còn tới 140[SUP]0[/SUP]C và được đưa vào bình khử khí 6 ata. Tại đây nước được khử hết các bọt khí lẫn trong nước, nước từ bình khử khí được các bơm cấp đẩy đi qua các bình gia nhiệt cao áp 1, 2, 3. Nước đi ra khỏi các bình gia nhiệt cao áp số 1 có nhiệt độ là 230[SUP]0[/SUP]C, nước trước khi vào bao hơi đi qua bộ hâm cấp 1, cấp 2 để tiếp tục nhận phần nhiệt của khói lò, nước từ bao hơi đi qua các vòng tuần hoàn tự nhiên, tạo thành hỗn hợp hơi bão hoà trong dàn ống sinh hơi và bao hơi. Hơi bão hoà từ bao hơi đi qua các bộ quá nhiệt, bộ giảm ôn, hơi được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của hơi mới rồi đưa sang tua bin để thực hiện quá trình sinh công quay máy phát. Sau khi sinh công ở tầng cánh tua bin phần cao áp, hơi được ống dẫn đưa sang phần hạ áp để tiếp tục sinh công sau đó mới được thoát xuống bình ngưng.
Công sinh ra trong tua bin để quay máy phát - phát ra điện nh­ vậy nhiệt năng đã chuyển hoá thành cơ năng, rồi từ cơ năng biến đổi thành điện năng. Quá trình chuyển hoá đó được thể hiện trên sơ đồ khối như sau :







Sơ đồ chu trình nhiệt chi tiết của một tổ máy 110 MW được trình bày trên hình vẽ bên.

Sơ đồ chu trình nhiệt của một tổ máy 110 MW.

Sơ đồ tổ chức hoạt động của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại



























phần II: Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều hệ thống kích từ máy phát và các hệ thống điều khiển kích từ
Chương I : Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều:
I.1. Định nghĩa và công dụng
I.1.1. Định nghĩa:
Máy phát điện (MFĐ) xoay chiều có tốc độ quay Rôto n bằng tốc độ quay của từ trường n[SUB]1[/SUB] gọi là máy phát điện xoay chiều đồng bộ. ở chế độ xác lập máy phát điện đồng bộ có tốc độ quay Rôto luôn không đổi khi tải thay đổi.
I.1.2. Công dụng:
MFĐ đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện công nghiệp trong đó động cơ sơ cấp là các tuabin hơi, hoặc tuabin nước. Công suất của mỗi máy có thể đạt tới 500MW hoặc lớn hơn và chúng thường làm việc song song với nhau. ở các lưới điện công suất nhỏ, MFĐ đồng bộ được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc các tuabin khí, nó có thể làm việc đơn lẻ hoặc nhiều máy làm việc song song với nhau.
I.2. Cấu tạo máy phát điện đồng bộ
- Cấu tạo MFĐ đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là Stato và Roto. Trên hình I-1 vẽ mặt cắt ngang của trục máy.

1: Lá thép Stato
2: Dây quấn Stato
3. Lá thép Rôto
4. Dây quấn Rôto
I.2.1. Stato
Stato của máy phát điện đồng bộ về trên hình I-1. Giống nh­ Stato của máy phát điện không đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép Stato và dây quấn ba pha Stato. Dây quấn Stato gọi là dây quấn phần ứng.
I.2.2. Rôto
Rôto máy phát điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ. Có 2 loại: Rôto cực Èn và Rôto cực lồi. Hình I.2a vẽ Rôto cực Èn, hình I.2b vẽ Rôto cực lồi. Rôto cực lồi dùng cho các máy phát có tốc độ chậm, có nhiều đôi cực (2P ≥ 4)
Rôto cực Èn thường dùng cho máy phát có tốc độ cao 3000v/p, có một đôi cực (2P=2). Để có sức điện động hình sin, từ trường của cực từ Rôto phải phân bổ hình sin dọc theo khe hở không khí giữa Stato và Rôto, ở các đỉnh các cực từ có từ cảm ứng cực đại.


- Đối với Rôto cực Èn, dây quấn kích từ được đi luồn trong trục của Rôto và nối với 2 vòng trượt ở đầu trục, thông qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ (Hình vẽ I-3)
I.3. Nguyên lý làm việc của MFĐ đồng bộ
- Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường Rôto. Khi quay Rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của Rôto sẽ cắt qua dây quấn phần ứng Stato và cảm ứng một sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng là:
E0 = 4,44 . f .W1.Kdq. φ0 (I-1)
Trong đó:
E[SUB]0[/SUB]: :Là sức điện động pha
W[SUB]1[/SUB]: Số vòng dây quấn 1 pha
K[SUB]dq[/SUB]: Hệ số dây quấn
φ[SUB]0[/SUB]: Từ thông cực từ Rôto
- Nếu Rôto có P đôi cực, khi Rôto quay được một vòng, sức điện động phần ứng sẽ biến thiên P chu kỳ.
Do đó nếu tốc độ quay của Rôto là n(v.s) tần số f của sức điện động sẽ là:
f = P.n (I-2a)
Nếu tốc độ của Rôto tính được bằng phút thì:
P.n
f = ------------- (I - 2b)
60
Dây quấn ba pha có trục lệch nhau trong không gian một góc là 120[SUP]0[/SUP] điện. Cho nên sức điện động các pha cũng lệch nhau góc pha là 120[SUP]0+[/SUP]
Khi dây quấn nối với tải, trong các pha sẽ có dòng điện ba pha. Giống nh­ máy phát điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là:
60.f
n[SUB]1[/SUB] = -------------
P
đúng bằng tốc độ quay (n) của Rôto. Do đó, kiểu máy điện này được gọi là máy phát điện đồng bộ xoay chiều.
I.4. Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
Khi MFĐ làm việc, từ trường của cực từ Rôto φ[SUB]0[/SUB] cắt dây quấn. Cảm ứng ra sức điện động E[SUB]0[/SUB] chậm pha so với từ thông φ[SUB]0[/SUB] một góc 90[SUP]0[/SUP] (Hình I-4a). Dây quấn nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải. Dòng điện I trong dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay gọi là từ trường phần ứng φ quay đồng bộ với từ trường của cực từ φ[SUB]0[/SUB] góc lệch pha giữa E[SUB]0[/SUB] và I do tính chất của tải quyết định.


- Trường hợp tải thuần trở (Hình I-4a) góc lệch pha ψ = 0, E[SUB]0[/SUB] và I cùng pha. Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng φ cùng pha với dòng điện. Tác dụng của từ trường phần ứng φ lên từ trường cực từ φ [SUB]0[/SUB] theo hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ ta gọi là phản ứng phần ứng ngang trục.