Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Chia sẻ: Thị Huyền | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

119
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp với mục tiêu nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 CPU 224 của Siemens để thiết kế bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Cùng tìm hiểu để nắm bắt nội dung thông tin vấn đề.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN NGỌC QUANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------***------------- NGUYỄN NGỌC QUANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS Nguyễn Hiền Trung Ngày giao đề tài : Ngày 14 tháng 6 năm 2013 Ngày hoàn thành luận văn : Ngày 25 tháng 2 năm 2014 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PHÕNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC TS. Nguyễn Hiền Trung KHOA ĐIỆN Trƣởng khoa THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên sự hƣớng dẫn của tập thể các nhà khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung thực và chƣa từng công bố trên các tài liệu khác. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 2 năm 2014 Học viên Nguyễn Ngọc Quang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iv LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Hiền Trung ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng QLĐT sau Đại học, xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 2 năm 2014. Ngƣời thực hiện Nguyễn Ngọc Quang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................iii MỤC LỤC ............................................................................................................................. v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2 3. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3 4. Những kết quả đạt đƣợc ............................................................................................. 3 5. Cấu trúc của luận văn................................................................................................. 3 1 Chƣơng 1. HIỆN TRẠNG MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP .................................................... 4 1.1. Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD ............................................................... 4 1.2. Giới thiệu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp [7] ................................................................................... 5 1.3. Một số nguyên tắc thực hiện trong sơ đồ TĐD ...................................................... 6 1.4. Xác định một số tham số của mạch TĐD ............................................................... 7 1.5. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng.............................................. 8 1.6. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................. 13 2 Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH - PLC ........ 14 2.1. Giới thiệu về PLC ................................................................................................. 14 2.1. Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển lôgic ................................................ 15 2.2. Ƣu thế và hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC ......................................... 17 2.3. Cấu hình hệ thống ................................................................................................. 19 2.4. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC ................................................. 21 2.5. Giới thiệu các mô đun mở rộng ............................................................................ 27 2.6. Truyền thông giữa PC và PLC .............................................................................. 30 2.7. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................. 32 3 Chƣơng 3. LẬP TRÌNH PLC S7-200 .......................................................................... 33 3.1. Ngôn ngữ lập trình cho S7-200............................................................................. 33 3.2. Nguyên tắc thực hiện chƣơng trình....................................................................... 34 3.3. Sử dụng phần mềm STEP 7- Micro/WIN cho PLC S7-200 ................................. 36 3.4. Một số lệnh cơ bản của S7-200 ............................................................................ 45 3.5. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 61 4 Chƣơng 4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN SỬ DỤNG PLC S7-200 CPU 224 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG ................................ 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi 4.1. Các thiết bị cần cho việc thiết kế bộ điều khiển tự động đóng cắt máy biến áp dự phòng bằng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC .......................................................... 62 4.2. Sơ đồ đấu dây điều khiển ...................................................................................... 63 4.3. Quá trình đấu nối thực tế ...................................................................................... 67 4.4. Lập trình điều khiển và thuyết minh chƣơng trình điều khiển .................................... 69 4.5. Các thao tác lấy kết quả thí nghiệm ...................................................................... 78 4.6. Kết luận chƣơng 4 ................................................................................................. 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 89 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng ......................................................... 11 Hình 1.2. Sơ đồ bảo vệ và đóng cắt máy biến áp 1.............................................................. 12 Hình 2.1. Điều khiển sử dụng PLC ...................................................................................... 14 Hình 2.2. Điều khiển sử dụng rơle điện ............................................................................... 15 Hình 2.3. Những loại đặc trƣng của thiết bị điều khiển ....................................................... 16 Hình 2.4. Một số hình ảnh của PLC .................................................................................... 17 Hình 2.5. Mô tả các khối chức năng của PLC ..................................................................... 20 Hình 2.6. Hình ảnh CPU 224 DC/DC/DC ........................................................................... 22 Hình 2.7. Công tắc chọn chế độ làm việc ............................................................................ 23 Hình 2.8. Sơ đồ đấu dây PLC .............................................................................................. 24 Hình 2.9. Vị trí cấp nguồn cho PLC .................................................................................... 25 Hình 2.10. Các khí cụ vào và ra đấu nối với PLC ............................................................... 26 Hình 2.11. Hình ảnh minh họa các đầu vào và ra đối với các thiết bị điều khiển bằng PLC ........... 27 Hình 2.12. Mô đun mở rộng EM 222 DC ............................................................................ 27 Hình 2.13. Mô đun mở rộng EM 223 DC/DC ..................................................................... 27 Hình 2.14. Mô đun mở rộng EM 223 DC/Relay ................................................................. 28 Hình 2.15. Mô đun tƣơng tự EM 235 .................................................................................. 28 Hình 2.16. Đấu nối giữa PLC và mô đun mở rộng .............................................................. 30 Hình 2.17. Cáp kết nối giữa PLC và máy tính ..................................................................... 31 Hình 2.18. Cổng truyền thông.............................................................................................. 31 Hình 3.1. Ngăn xếp của S7-200 ........................................................................................... 34 Hình 3.4. Giao diện chƣơng trình PLC ................................................................................ 37 Hình 3.5. Khối Programe Block .......................................................................................... 38 Hình 3.6. Xóa hoặc đổi tên chƣơng trình con ...................................................................... 39 Hình 3.7. Khối Data Block .................................................................................................. 39 Hình 3.8. Khối Symbol Table .............................................................................................. 42 Hình 3.9. Khối Status Chart ................................................................................................. 42 Hình 3.10. Khối Cross Reference ........................................................................................ 43 Hình 3.11. Khối Communication ......................................................................................... 43 Hình 3.12. Giao diện khối truyền thông .............................................................................. 44 Hình 3.13. Nạp hoặc tải chƣơng trình giữa PLC và máy tính ............................................. 45 Hình 3.14. Cấu trúc một bảng dữ liệu.................................................................................. 53 Hình 4.1. Sơ đồ mạch đi dây điều khiển PLC ..................................................................... 63 Hình 4.2. Sơ đồ mạch đi dây động lực có kết nối với PLC ................................................. 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
viii Hình 4.3. Mặt trƣớc tủ và bên trong tủ điện ........................................................................ 67 Hình 4.4. Bàn thí nghiệm PLC đang làm việc ..................................................................... 67 Hình 4.5. Bàn thí nghiệm TĐD sử dụng PLC hoàn chỉnh ................................................... 68 Hình 4.6. Các đầu tín hiệu vào có sử dụng công tắc gạt tạo sự cố giả tƣởng cho PLC ....... 78 Hình 4.7. BA1 hoạt động bình thƣờng .................................................................................... 79 Hình 4.8. Mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA1 về BA2. .............................. 80 Hình 4.9. Khóa E2 cho phép làm việc của PLC trên BA2. ................................................. 82 Hình 4.10. Mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA2 về BA1. ............................ 83 Hình 4.11. PLC ngừng hoạt động khi các điều kiện cung cấp nguồn cho các pha hoặc dây BA1 là không khả thi. .......................................................................................................... 85 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Kết quả tính tính toán của phần chuẩn bị và thí nghiệm ....................................... 9 Bảng 2.1. Nguồn cung cấp cho từng loại S7-200 ................................................................. 21 Bảng 2.2. Chỉ thị trạng thái của PLC ................................................................................... 24 Bảng 2.3. Bảng mã cho các loại mô đun mở rộng họ S7-200 ............................................. 29 Bảng 4.1. Các thiết bị dùng cho thí nghiệm......................................................................... 62 Bảng 4.2. Các kí hiệu đầu vào và ra đấu nối với PLC ......................................................... 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tự động đóng dự phòng (TĐD) là một trong những biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện. Sơ đồ TĐD rất đa dạng, tuy nhiên với bất cứ loại sơ đồ nào cũng phải đảm bảo yêu cầu là tác động nhanh và độ tin cậy. Hiện tại, trong chƣơng trình thí nghiệm của sinh viên chuyên ngành Hệ thống điện trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp vẫn đang thí nghiệm bài Tự động đóng máy biến áp dự phòng với đa số các thiết bị là của Liên Xô (cũ), trong quá trình vận hành cũng bộc lộ ít nhiều các nhƣợc điểm trong đó có vấn đề về độ tin cậy. Kỹ thuật điều khiển lôgic khả trình PLC (Programmable Logic Control) đƣợc phát triển từ những năm 1968 -1970. Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu ngƣời sử dụng phải có kiến thức về kỹ thuật điện tử trình độ cao. Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập rộng rãi. PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đƣợc để lƣu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình công nghệ. PLC đƣợc thiết kế cho các kỹ sƣ, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính. Chúng đƣợc thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chƣơng trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chƣơng trình điều khiển có thể truy nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều khiển). Thuật ngữ lôgic đƣợc sử dụng vì việc lập trình chủ yêu liên quan đến các hoạt động lôgic, ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc... Ngƣời vận hành nhập chƣơng trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC. Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chƣơng trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã đƣợc lập trình Các PLC tƣơng tự máy tính, nhƣng máy tính đƣợc tối ƣu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC đƣợc chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trƣờng công nghiệp. Vì vậy, các PLC: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2 Đƣợc thiết kế bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn. Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra. Đƣợc lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán lôgic và chuyển mạch. Về cơ bản chức năng của PLC cũng giống nhƣ chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle, công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là: Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu thập đƣợc Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp. Riêng đối với máy công cụ và ngƣời máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi. Trong hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều đƣợc bộ PLC điều khiển tập trung. Ở Việt Nam, việc ứng dụng lập trình PLC vào tự động hóa hệ thống điện còn nhiều hạn chế. Với mong muốn ứng dụng công nghệ mới thay thế các thiết bị và công nghệ cũ, nâng cao độ tin cậy của mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng, nên tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng” để làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài này đặt mục tiêu chính là nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 CPU 224 của Siemens để thiết kế bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Các mục tiêu cụ thể gồm: Tìm hiểu hiện trạng bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng tại trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Nghiên cứu bộ điều khiển lôgic S7-200 CPU 224 của Siemens. Nghiên cứu phần mềm lập trình STEP 7 – Micro/WIN. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3 Đề xuất phƣơng án cải tạo sử dụng S7-200 CPU 224. Lập chƣơng trình điều khiển để thiết kế mạch điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng. Thiết kế tủ điều khiển, đấu nối máy tính - PLC – tủ điều khiển, chạy chƣơng trình, kiểm tra, hiệu chỉnh lại kết quả. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống các công trình nghiên cứu đƣợc công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành. Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng hiện có tại phòng thí nghiệm; Nghiên cứu bộ điều khiển lôgic S7-200 CPU 224 của Siemens cũng nhƣ phần mềm lập trình điều khiển. Thực nghiệm trên thiết bị thực để từ đó hiệu chỉnh lại chƣơng trình, thiết bị cho phù hợp. 4. Những kết quả đạt được Làm rõ đƣợc vai trò của tự động đóng dự phòng trong hệ thống điện. Phân tích đƣợc cơ sở thiết kế mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng ứng dụng PLC S7-200. Thiết kế đƣợc sơ đồ và chƣơng trình điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng ứng dụng PLC S7-200 thay thế cho mạch điều khiển dùng rơle điện cơ đã có trong phòng thí nghiệm. Thực thi thành công bộ thí nghiệm khẳng định ƣu việt của mô hình mới; Các kết quả thí nghiệm cho thấy bộ điều khiển mới làm việc tin cậy, chính xác so với mô hình đã có. 5. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1 trình bày hiện trạng mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Chƣơng 2 tìm hiểu bộ điều khiển khả trình PLC S7-200. Chƣơng 3 nghiên cứu phần mềm lập trình STEP 7 – Micro/WIN cho PLC. Chƣơng 4 trình bày thiết kế và triển khai lắp ráp bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng sử dụng PLC S7-200 tại phòng thí nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
4 1 Chƣơng 1. HIỆN TRẠNG MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Tự động đóng nguồn hoặc thiết bị dự phòng cần đƣợc sử dụng trong những trƣờng hợp khi thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện gây ra cao hơn giá tiền đặt thiết bị TĐD. Thiết bị TĐD chỉ sử dụng trong những trƣờng hợp đã có hoặc đang thiết kế bổ sung nguồn, chẳng hạn nhƣ máy biến áp, đƣờng dây, phân đoạn thanh cái. Trong trƣờng hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị TĐD sẽ đóng nguồn cung cấp thứ hai vào, nguồn này bình thƣờng ở trạng thái dự phòng. Những hệ thống nhƣ vậy tác động tin cậy nhƣng đòi hòi vốn đầu tƣ khá lớn. Để khắc phục nhƣợc điểm nói trên ngƣời ta sử dụng các thiết bị TĐD cho những phần tử vẫn làm việc trong chế độ bình thƣờng nhƣng vẫn chƣa mang hết tải, điều này thƣờng hợp lý về mặt kinh tế, bởi vì khi cắt một nguồn làm việc, nguồn thứ hai dƣới tác động của TĐD tiếp nhận toàn bộ phụ tải (có thể bị quá tải trong giới hạn cho phép), nhƣng vấn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho thiết bị. Hiệu quả làm việc của TĐD trong hệ thống cung cấp điện khoảng 90-95% [1]. Tự động đóng dự phòng đƣợc dùng rộng rãi trong các lƣới điện và các hệ thống năng lƣợng do có sơ đồ đơn giản và tính hiệu quả cao. Trong đề tài này ta chỉ nghiên cứu tự động đóng dự phòng cho máy biến áp, dùng nguồn thao tác một chiều. 1.1. Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD Khi thực hiện thiết bị TĐD nguồn cung cấp hoặc các trang bị điện khác, cần tuân theo những yêu cầu sau đây: 1- Sơ đồ TĐD không đƣợc làm việc trƣớc khi cắt máy cắt của nguồn đang làm việc, để đề phòng đóng nguồn dự trữ trong lúc nguồn làm việc chƣa bị cắt ra. Thực hiện yêu cầu này cũng loại trừ khả năng đóng không đồng bộ hai nguồn cung cấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
5 2- Thiết bị TĐD chỉ đƣợc tác động một lần. Để tăng tốc độ cắt của nguồn dự phòng khi đóng nó vào ngắn mạch chƣa đƣợc giải trừ, ta thƣờng dùng cách tăng tốc độ của bảo vệ sau TĐD. 3- Khi đặt thiết bị TĐD thì ngoài bảo vệ dòng điện cực đại làm việc chính cho nguồn đang làm việc ra ta phải đặt thêm bộ phận khởi động theo điện áp cực tiểu để đảm bảo cho sơ đồ TĐD có thể tác động khi mất điện áp trên thanh cái của nguồn cung cấp đang làm việc. 4- Nếu ở nguồn cung cấp đang làm việc có đặt thiết bị tự động đóng lặp lại và không cho phép nguồn làm việc và nguồn dự trữ làm việc song song, cần phải đặt thêm bộ khóa liên động không cho làm việc song song. 1.2. Giới thiệu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp [7] Hình 1.1 là sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng. Hình 1.2 là sơ đồ mạch bảo vệ và tự động đóng máy biến áp dự phòng BA1. Hình 1.3 là sơ đồ mạch bảo vệ và tự động đóng máy biến áp dự phòng BA2. Giả sử các máy cắt MC1 và K1 đang đóng, MC2 và K2 đang mở. Khoá điều khiển KĐK1 ở trạng thái đóng (KĐK1-I đóng, KĐK1-II mở, KĐK1-III đóng). Máy biến áp BA1 đang làm việc, BA2 dự phòng. Nếu máy biến áp BA1 bị sự cố, bảo vệ rơle tác động cắt MC1 (hoặc do nhân viên vận hành cắt máy biến áp theo yêu cầu) thanh cái TC1 mất điện, K2 mở, thanh cái TCB đang có điện, tiếp điểm phụ số 2 của K1 mở ra. Rơle ThG3 mất điện, nhƣng tiếp điểm thƣờng mở mở chậm POB chƣa mở ra. Tiếp điểm phụ số 1 của K1 đóng lại, công tắc tơ U2 có điện, tiếp điểm U2-1 đóng lại, cuộn đóng CĐ2 có điện, đóng hai máy cắt MC2 lại. Máy biến áp BA2 đƣợc đƣa vào làm việc cung cấp điện cho trạm TC1 và TC2. Rơle trung gian TrG1 đảm bảo nếu xảy ra sự cố sẽ cắt máy cắt MC1. TrG2 đảm bảo đóng máy cắt MC2. Nếu máy biến áp BA2 làm việc, máy biến áp BA1 dự phòng, khi cắt hoặc sự cố máy biến áp BA2 thì sơ đồ tác động tƣơng tự. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
6 1.3. Một số nguyên tắc thực hiện trong sơ đồ TĐD 1- Bộ phận khởi động thiết bị TĐD - Khởi động bằng bảo vệ rơle: Có thể dùng bảo vệ máy biến áp hoặc bảo vệ thanh góp để khởi động thiết bị TĐD (hình 1.2). Khi có ngắn mạch trong máy biến áp hoặc trên thanh góp TC1 và TC2 của hộ tiêu thụ, bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt MC1, K1 mở, tiếp điểm phụ của K1 đóng lại làm khởi động thiết bị TĐD. Sau đó thiết bị TĐD đƣa tín hiệu đi đóng máy cắt MC2. - Khởi động bằng rơle điện áp cực tiểu: Nếu vì một lý do nào đó mà thanh góp TC1 bị mất điện, thì rơle điện áp giảm RU1 và RU2 sẽ tác động làm khởi động rơle thời gian ThG2. Sau một thời gian duy trì cần thiết, tiếp điểm ThG2 đóng đƣa tín hiệu đi cắt MC1 và do đó khởi động TĐD. So với nguyên tắc khởi động bằng bảo vệ rơle thì nguyên tắc này có ƣu điểm là khởi động TĐD vì bất cứ lý do nào làm cho các hộ tiêu thụ nối vào thanh góp TC1 bị mất điện, kể cả trƣờng hợp hƣ hỏng máy biến áp hoặc hƣ hỏng đƣờng dây nối từ nguồn đến thanh góp A. 2- Đề phòng sơ đồ làm việc sai khi đứt cầu chì mạch áp Bộ phận khởi động bằng rơle điện áp giảm áp cần đƣợc thực hiện nhƣ thế nào để nó chỉ tác động khi mất điện mà không tác động khi đứt mạch áp. Mạch thứ cấp của BU có đặt cầu chì bảo vệ (hình 1.1). Nếu chỉ có một rơle điện áp giảm thì khi đứt cầu chì, tiếp điểm rơle đóng lại làm khởi động thiết bị TĐD. Để tránh nhƣợc điểm đó ngƣời ta dùng 2 rơle điện áp giảm áp có tiếp điểm nối tiếp với nhau. 3- Đề phòng sơ đồ TĐD làm việc vô ích khi không có điện ở nguồn dự trữ Nếu mạch dự trữ không có điện thì việc khởi động TĐD là vô ích, do đó trong sơ đồ TĐD cần có thêm bộ phận kiểm tra điện áp của nguồn dự trữ, thƣờng dùng rơle điện áp tăng RU3 đƣợc cung cấp từ máy biến điện áp (BU2) nối với mạch dự trữ. Nếu nguồn dự trữ có điện thì rơle RU3 sẽ luôn luôn ở trong trạng thái tác động và TĐD có thể khởi động đƣợc khi mất điện ở nguồn làm việc. 4- Đề phòng sơ đồ TĐD tác động nhiều lần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
7 Sau khi thiết bị TĐD làm việc, máy cắt ở mạch dự trữ đóng lại. Nếu ngắn mạch trên thanh góp của hộ tiêu thụ không tự tiêu tan thì bảo vệ rơle ở mạch dự trữ sẽ cắt máy cắt ra, thiết bị TĐD có thể đóng máy cắt lại, chu kỳ đóng máy cắt ở mạch dự trữ sẽ tiếp tục diễn ra cho tới lúc máy cắt hỏng. Để tránh tình trạng nêu trên, mạch đóng máy cắt của đƣờng dây dự trữ đƣợc nối qua bộ phận khoá chống tác động nhiều lần (rơle ThG3 trên hình 1.1). 1.4. Xác định một số tham số của mạch TĐD 1.4.1. Thời gian của rơle ThG2 và ThG4 Khi ngắn mạch ngoài, điện áp dƣ trên thanh góp TC và TC2 có thể giảm xuống rất thấp làm cho các rơle điện áp RU< khởi động. Muốn TĐD tránh tác động trong trƣờng hợp này cần phải chọn thời gian của rơle ThG2 và ThG4 lớn hơn thời gian làm việc của bảo vệ đặt tại máy cắt MC1 và MC2: tThG2 = tbvBA1 + t (1.1) tThG4 = tbvBA2 + t (1.2) trong đó: tbvBA1, tbvBA2 - thời gian làm việc lớn nhất của các bảo vệ để bảo vệ máy biến áp BA1 và BA2. t - cấp chọn lọc về thời gian (0,3 0,5 sec). Thời gian của rơle ThG2 và ThG4 đƣợc chọn bằng trị số lớn hơn khi tính theo các biểu (1.1) và (1.2). Tuy nhiên, thời gian này càng nhỏ thì thời gian ngừng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ càng bé, vì vậy khi tính chọn cần phải đặt điều kiện thế nào để thời gian của rơle ThG2 và ThG4 là nhỏ nhất có thể đƣợc. 1.4.2. Xác định thời gian mất điện lớn nhất Từ khi sự cố gây mất điện máy biến áp đang làm việc BA1 đến khi có điện trở lại trên thanh cái hạ áp của trạm biến áp sau khi đã đóng máy biến áp dự phòng BA2: tmđ = tbvBA1 + t + tcătMC1 + tđóngMC2 (1.3) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
8 1.4.3. Thời gian của rơle ThG3 và ThG5 Để đảm bảo thiết bị TĐD tác động đóng máy cắt chỉ một lần, cần chọn: tThG3 = tđóngMC2 + tdt (1.4) tThG5 = tđóngMC1 + tdt (1.5) Nếu thiết bị TĐD tác động đóng nguồn dự trữ vào ngắn mạch tồn tại và thiết bị bảo vệ rơle cắt nó ra, thì rơle ThG3 và ThG5 sẽ ngăn ngừa việc đóng trở lại vào ngắn mạch một lần nữa trong trƣờng hợp thời gian của rơle ThG3 và ThG5 chọn theo (1.4) và (1.5) thoả mãn điều kiện: tThG3 < tđóngMC2 + tbvBA2 + tcătMC2 (1.6) tThG5 < tđóngMC1 + tbvBA1 + tcătMC1 (1.7) trong đó: tdt= 0,1 s - thời gian dự trữ. tbvBA1, tbvBA2 - thời gian làm việc của bảo vệ đặt tại MC1 và MC2 tđóngMC2, tđóngMC1 - thời gian đóng của MC1, MC2. tcătMC2, tcătMC1 - thời gian cắt của MC1, MC2. Thời gian đóng, cắt của mỗi thiết bị này khoảng 0,1 s. 1.5. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng 1.5.1. Thiết bị phục vụ bài thí nghiệm Phòng thí nghiệm có một máy biến áp nhận điện áp 0,4 kV từ mạng hạ áp, nâng lên 6 kV để cấp cho các tủ đo lƣờng, các tủ máy cắt, hai máy cắt đƣợc dùng để cấp điện cho hai máy biến áp hợp bộ 160 – 6/0,4 kV là BA1 và BA2. Sơ đồ bố trí các thiết bị đƣợc thể hiện trên hình 1.1. Để thực hiện việc thí nghiệm “Tự động đóng máy biến áp dự phòng” ta sử dụng một số rơle trong tủ bảo vệ (hình 1.1), các rơle dùng trong mạch bảo vệ này có sơ đồ đầu nối nhƣ hình 1.1. Máy cắt MC1 để đóng cắt điện cho máy biến áp BA1 và máy cắt MC2 để đóng cắt điện cho máy biến áp BA2 (hình 1.1). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
9 1.5.2. Trình tự thao tác thí nghiệm B1: Kiểm tra vị trí của các thiết bị đóng cắt (MC, DCL….) và tình trạng của các thiết bị phục vụ theo đúng yêu cầu của bài thí nghiệm. B2: Thao tác đóng máy biến áp tăng áp bằng các thiết bị đóng cắt đã đƣợc giới thiệu trong sơ đồ. B3: Đóng nguồn thao tác cho mạch nhị thứ. B4: Đóng dao cách ly của tủ đo lƣờng BA1 và BA2. B5: Đóng dao cách ly của máy cắt BA1 và BA2. B6: Đóng máy cắt của BA1 (hoặc BA2 tuỳ theo chế độ vận hành do giáo viên quy định). B7: Tạo sự cố giả tƣởng bằng cách đƣa dòng phụ tải qua bộ tạo nguồn dòng hoặc thao tác trực tiếp cắt MC1 (hoặc BA2 tuỳ theo chế độ vận hành do giáo viên quy định). Sử dụng đồng hồ bấm giây để xác định các khoảng thời gian theo yêu cầu. B8: Sau khi thí nghiệm xong sinh viên phải thao tác đƣa thiết bị ra khỏi lƣới và hoàn trả lại sơ đồ bảo vệ nhƣ cũ. Bảng 1.1. Kết quả tính tính toán của phần chuẩn bị và thí nghiệm Số liệu cho trƣớc Kết quả thí nghiệm Các đại lƣợng Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Thời gian duy trì của tbvBA1 2,0 3,0 4,0 0 0 0 bảo vệ cho máy biến áp tbvBA2 1,5 2,5 3,5 - - - Cấp chọn lọc thời gian tác động t 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Tổng thời gian mất điện 2,4 3,4 4,4 0,4 0,35 0,5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
10 TCA TCB CC CC x2 - 33 x2 - 32 B- 1 B- 1 TU1 TU2 C§1 C§2 1 13 14 1 13 14 U1- 1 3 15 U2- 1 3 15 16 16 CC1 CC2 + + B 2 B- 2 MC1 B 2 B- 2 MC2 b1 c1 a2 b2 c2 a1 U2 U1 + + B 1 5 B 1 5 6 6 8 7 8 7 ThG1 ThG3 K§K 6 K§K 5 0 8 0 8 8 8 4 1 4 1 MC2 MC1 1 19 1 19 K§K 2 1 , 1 K§K 1 1 , 1 + 24 22 + 24 22 B 1 B 1 2 , 2 , 2 2 C¾t §ãng C¾t §ãng , 4 , 4 4 4 BA1 3 5 BA2 3 5 ThG3 ThG5 1 1 1 9 1 9 TH4 TH5 + 2 0 + 2 0 B 1 A1 B1 C1 B 1 A2 B2 C2 K§K3 K§K4 3 5 3 5 + + B 1 7 7 B 1 7 7 9 9 7 9 9 7 9 9 Ru1< Ru2< Ru3 ThG2 Ru1< Ru2< Ru3 ThG4 4 1 1 4 8 8 4 1 1 4 8 8 8 7 1 2 8 7 1 2 K3 b2 a2 b2 a2 + + B 1 TC1 TC2 B 1 luËn v¨n tèt nghiÖp s¬ ®å tù ®éng ®ãng m¸y biÕn ¸p dù phßng Chøc n¨ng Hä vµ tªn Ngµy Ký Sè b¶n vÏ: 4 B¶n vÏ sè: 2 TØ lÖ: ThiÕt kÕ Tr-êng: §HKT C«ng NghiÖp Khoa: §iÖn H-íng dÉn Líp: TBM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
11 Hình 1.1. Sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
12 B+1 B-1 MC1 TrG 1 MC 1 CC1 RI7 MC1 RI8 ThG1 RI9 RI1 RI2 TrG1 RI3 RI4 RI5 TH1 RI6 ThG1 TH2 m 9 1 T m 9 2 T 9 3 TH3 m T Ð KÐK ThG1 TH4 K1-1 ThG3 TG 1 MC1 MC1 U1 RU1 RU2 RU3 ThG2 Th5 MC1 Trắng K1-2 R Ðỏ KÐK1 MC1 Ðóng K1 Cắt K1 K1 U 1-2 KÐK1 K 1-3 U 1-1 CÐ1 Hình 1.2. Sơ đồ bảo vệ và đóng cắt máy biến áp 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/