bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thủy điện thuộc đề tài kc 07.04: nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và sử dụng các loại năng lợng tái tạo trong chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trờng Chủ nhiệm chuyên đề: ThS nguyễn vũ việt 5817-6 16/5/2006 hà nội 5/2006 MC LC Trang Đặt vấn đề 1 Phần I Lý thuyết cơ bản của thiết bị điều tốc 3 I.1. Sự điều chỉnh tua bin và sự đièu chỉnh tua bin và phân loại máy điều. 3 I.1.1. Sơ lợc về lý thuyết về điều chỉnh tua bin thuỷ lực 3 I.1.2. Giới thiệu các loại máy điều tốc trong trạm thuỷ điện 5 I.2. NHU CầU CáC LOạI MáY đIềU TẩC TRONG TRạM THU đIệN 9 I.3. X U HNG CHế TạO CáC LOạI MáY DIềU TẩC TRêN THế GII 9 I.4 Chế tạo máy điều tốc ở Việt Nam 11 Phần II. Nghiên cứu, chế tạo điều tốc điều chỉnh lu lợng và điều tốc điều chỉnh phụ tải 13 II.1 Nghiên cứu xử dụng các bộ vi xử lý (P), â thông dụng vào việc chế tạo máy điều tốc 13 II.1.1 Lựa chọn sử dụng vi xử lý 13 II.1.2. ứng dụng vi xử lý 8051 13 II.1.3 Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý tại trung tâm nghiên cứu thuỷ điện nhỏ Viện Khoa học Thuỷ lợi 15 II.1.4. Thông tin từ nớc ngoài 17 II.2. Nghiên cứu mở rộng bộ điều khiển điều tốc lu lợng thành bộ điều khiển đa tác dụng 19 II.3. Xác định phơng pháp điều chỉnh tua bin 20 II.3.1. Sơ đồ điều khiển 20 II.3.2. Sơ đồ khối chức năng 23 II.4 Thiết kế phần cứng 23 II.4.1 CPU 23 II.4.2 Khối hiển thị 24 II.4.3 Khối đo lờng tần số 25 II.4.4 Khối báo hiệu mực nớc 26 II.4.5 Tín hiệu đóng máy sự cố bên ngoài 26 II.4.6 Các công tác thiết lập giá trị vận hành 27 II.4.7 Khối điều khiển 27 II.4.8 Khối cấp nguồn 28 II.5. Xây dựng phần mềm điều khiển 28 II.5.1 Lựa chọn ngôn ngữ 28 II.5.2 Sơ đồ khối tính toán chính 29 II.6 Chế tạo hoàn chỉnh bộ điều tốc 37 II.7 Xây dựng qui trình vận hành, sửa chữa, bảo dỡng 38 II.8 Đề xuất nâng cao chất lợng thiết bị 38 II.9 Bản vẽ nguyên lý 39 Phần III Nghiên cứu bộ điều tốc điều khiển phụ tải 40 III.1 Tổng quan 40 III.1.1 Thông tin từ nớc ngoài 40 III.1.2 Lựa chọn phơng án thiết kế 42 III.2 Thiết kế phần cứng 50 III.2.1 CPU 50 III.2.2 Khối đo lờng tần số 51 III.2.3 Công tác thiết lập giá trị vận hành 51 III.2.4 Khối điều khiển tải 53 III.2.5 Đièu khiển kiểu Rơle 53 III.2.6 Khối cấp nguồn 53 III.3 Xây dựng phần mềm điều khiển 54 III.3.1 Lựa chọn ngôn ngữ 54 III.3.2 Sơ đồ khối tính toán chính 54 III.4 Chế tạo hoàn chỉnh bộ điều khiển 59 III.5 Đề xuất nâng cao chất lợng thiết bị 60 III.6 Bản vẽ nguyên lý 61 Phụ lục I Phần mềm điều khiển lu tốc điều chỉnh lu lợng 63a Phụ lục II Phầm mềm điều khiển điều tốc điều chỉnh phu tải 102 NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04 Viện khoa học thuỷ lợi 1 Đặt vấn đề Cung cp nng lng in l mt trong nhng ch tiờu ỏnh giỏ mc phỏt trin ca mt vựng, cng nh ca mt t nc. Trong chớnh sỏch phỏt trin kinh t - xó hi min nỳi ca ng v nh nc, vic cung cp in c coi nh l mt trong cỏc bin phỏp hng u. Cú rt nhiu gii phỏp cp in, bao gm phỏt trin li in c n i vi ton quc, phỏt trin li in cc b ti a phng, xõy dng cỏc trm phỏt in, c bit l cỏc trm thu in va v nh Nc ta trong vựng nhit i giú mựa, vi mng li sụng sui dy c, cú tr lng thy nng rt ln. Vic s dng ngun nng lng ny phc v cho cỏc nhu cu tng lờn khụng ng ng ca nn kinh t, cú tỏc dng v nhiu mt, mang li hiu ớch kinh t cao, phự hp vi chớnh sỏch v nng lng ca nh nc. ng thi vi vic sn xut v phõn phi in nng, phi chỳ trng nõng cao v cht lng ca dũng in. Chỳng ta bit rng: Cht lng dũng in c ỏnh giỏ ch yu qua cỏc i lng i n ỏp v tn s. Vỡ vy, ngi ta phi ht sc chỳ ý ti vic m bo n nh in ỏp v tn s ca mng li cung cp in. Mng li in bao gm nhiu t mỏy phỏt in cỏc loi vn hnh song song cung cp in nng cho nhu cu ca ph ti, nờn cn cú s phõn phi ph ti h p lý cho cỏc t mỏy tham gia h thng v cht lng dũng in ca mng li ph thuc cht lng dũng in ca tng t mỏy riờng bit; ng thi vic bo m s hot ng an ton ca t mỏy s gúp phn lm n nh li in. Trong mt trm phỏt in núi chung, cng nh trong trm thu in núi riờng, ton b cỏc nhim v k trờn c thc hin bi mỏy iu tc. Nh vy, vai trũ ca mỏy iu tc trong trm phỏt in l ht sc quan trng, vi ba chc nng sau: - n nh tn s dũng in phỏt ra vi mi ch ph ti. - m bo ch hot ng song song gia cỏc t mỏy phỏt in trong h th ng. - m bo dng mỏy khn cp khi xut hin cỏc s c. Cho n nay, hu ht cỏc thit b trong mt trm phỏt in u phi nhp t nc ngoi. Ngoi vic phi s dng ngoi t, vic nhp khu cỏc thit b t nc ngoi lm NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04 Viện khoa học thuỷ lợi 2 cho vic bo hnh, bo dng v sa cha thit b gp nhiu khú khn. Vic ch ng thit k v ch to cỏc thit b trong trm thy in núi chung v mỏy iu tc núi riờng phự hp vi cụng cuc cụng nghip húa hin i húa ca nn kinh t nc nh. ti ó c hỡnh thnh t cỏc yờu cu ca thc t sn xut. Bn bỏo cỏo ny, trỡnh by cỏc k t qu nghiờn cu thit k, ch to mỏy iu tc iu chnh lu lng, iu chnh ph ti x dng vi x lý. õy l mt trong nhng loi thit b iu tc ó c nghiờn cu nhiu nm Trung tõm Nghiờn cu thy in nh (Gi tt l Trung tõm thy in), Vi n Khoa hc thy li, B Nụng nghip v Phỏt trin nụng thụn. Báo cáo khoa học Đề tài KC07- 04 Viện khoa học thuỷ lợi 3 Phần 1. Lí THUYếT Cơ BảN CủA THIếT Bị điều tốc. I.1. S IU CHNH TUA BIN V PHN LOI MY IU TC I.1.1 S LC V Lí THUYT V IU CHNH TUA BIN THU LC: Nguyờn lý iu chnh ca mỏy iu tc da trờn phng trỡnh chuyn ng quay ca t mỏy thu in: dt d JMM ct = (1) Trong ú: Mt - Mụ men do tua bin sinh ra. Mc - Mụ men cn ph thuc vo ph ti. J - Mụ men quỏn tớnh ca t mỏy (Tua bin + Mỏy phỏt). - Vn tc quay ca t mỏy. Mun duy trỡ vn tc t mỏy khụng thay i (do ú tn s dũng in khụng i), v trỏi ca phng trỡnh bng khụng (= 0). Do ú phng trỡnh (1) tr thnh: const MM dt d J ct = == 0 (2) T (2), cú th rỳt ra kt lun: Cú th iu chnh tua bin t tr s vũng quay khụng thay i bng cỏch m bo iu chnh sao cho luụn t c s cõn bng gia mụ men do tua bin sinh ra v mụ men cn. Cú th t c iu ny theo 2 cỏch nh sau: - iu chnh mụ men trờn trc tua bin Mt sao cho luụn cõn bng vi mụ men cn ca ph ti Mc. Theo hng ny, ta cú cỏc loi iu t c iu chnh lu lng vn thng dựng trong cỏc trm thu in. . - Ngc li, iu chnh tng mụ men cn ca ph ti Mc sao cho luụn cõn bng vi mụ men trờn trc tua bin Mt. Theo hng ny, ta cú loi iu tc iu chnh ph gi (iu tc ti gi). I.1.1.1 iu chnh mụ men trờn trc tua bin: Mụ men sinh ra trờn trc tua bin liờn h vi cụng sut tua bin nh sau: Ntb = Mt . (3) NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04 Viện khoa học thuỷ lợi 4 V ta ó bit, vi ct nc lm vic H v lu lng Q, cụng sut ca tua bin l: N QH tb = 102 (4) Trong ú: Ntb - Cụng sut thu lc do dũng nc sinh ra trờn trc tua bin (kW) - Trng lng riờng ca nc , = 1000 kG/m3 . Q - Lu lng ca t mỏy (m3/s). H - Ct nc lm vic ca tua bin (m). T (3) v (4), k n h s tn tht , rỳt ra: M QH t = ì . 102 (5) Trong vựng lm vic nht nh ca tua bin, trong mt khong thi gian nht nh, ct ỏp H khụng thay i, h s tn tht khụng thay i, tc l ta cú th coi H= Const, =Const. Do vy, khi ú Mt ch cũn ph thuc vo lu lng Q. iu chnh cho mụ men trờn trc tua bin Mt cõn bng vi mụ men cn ca ph ti Mc ta phi iu chnh lu l ng nc qua tua bin. õy chớnh l nguyờn tc iu chnh ca cỏc mỏy iu tc iu chnh lu lng truyn thng c s dng rng rói nht trong cỏc trm thu in. I.1.1.2 iu chnh tng mụ men cn trờn trc tua bin: Trong cỏc trm thu in ỏp dng loi iu tc kiu ti gi, lu lng Q qua tua bin s khụng thay i trong nhng khong thi gian nht nh; tc l tua bin s luụn hot ng vi mt cụng sut Mt nht nh tng ng vi lu lng ny (theo(5)). Do ph ti tiờu th luụn thay i, tc l mụ men Mc thay i, nờn phi cú mt ngun ph ti tiờu th bự vo sao cho t c tng ph ti ca tua bin khụng thay i, do ú t c s cõn bng theo (2). Ph ti ny thng l cỏc in tr thun. Nhim v ca mỏy iu tc kiu ti gi l lm sao gi cho tng ph ti ca tua bin khụng thay i bng cỏch úng-ngt cỏc ph ti bự núi trờn. Vic úng ngt ny thng do mch in t v cỏc Thiritstor m nhn, cho nờn loi mỏy iu tc loi ny rt gn nh, d sa cha, giỏ thnh thp. NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04 Viện khoa học thuỷ lợi 5 Tuy nhiờn, cht lng dũng in trong trng hp ny khụng cao nh trng hp iu chnh lu lng. Trong cỏc trm thy in cụng sut nh hot ng c lp, yờu cu v cht lng dũng in khụng cao (Dựng thp sỏng, un nu ), thỡ s dng loi iu tc ny mang li hiu qu kinh t cao. I.1.2 GII THIU CC LOI MY IU TC TRONG TRM THU IN I.1.2.1 Cu to chung. Núi chung, cỏc mỏy iu tc cú hai b phn chớnh nh sau: (1) B phn iu khin: B phn iu khin cú th coi nh trung tõm x lý tớn hiu ca iu tc v vũng quay ca t mỏy, l b phn quan trng v phc tp nht ca mỏy iu tc. Trong b phn ny cú th chia ra mt s cm vi cỏc chc nng sau: - Cm b phn cm ng: Lm nhim v nhn cỏc tớn hiu vũng quay ca t mỏy, so sỏnh sai lch v i giỏ tr t trc ca vũng quay t mỏy to ra tớn hiu iu chnh tng ng tỏc ng lờn b phn x lý. - Cm b phn x lý: T tớn hiu sai lch to ra tớn hiu iu khin ca van tua bin (hoc ph ti) - B phn n nh: Lm nhim v n nh h thng iu chnh nhm m b o cht lng ca h thng c iu chnh, thụng qua cỏc tớn hiu phn hi v vũng quay, gia tc vũng quay (2) B phn chp hnh: Lm nhim v iu chnh theo yờu cu ca mỏy iu tc (Lu lng qua tua bin hoc ph ti ca t mỏy). I.1.2.2 Cỏc loi iu tc dựng cho trm thu in. (3) iu tc iu chnh lu lng Theo cu to, kt cu ca cỏc b phn chớnh ca mỏy iu tc, cú th chia ra cỏcloi iu tc sau, m tờn gi hm ý kiu cu to ca b phn iu khin v b phn chp hnh: NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04 Viện khoa học thuỷ lợi 6 (a) iu tc C-Thu lc õy l loi mỏy iu tc ra i t rt lõu. B phn iu khin l b phn c hc, nh: con lc li tõm, con lc thu lc; b phn chp hnh l thu lc (secvomotor thu lc), cỏc b phn khỏc u l cỏc c cu c khớ hoc thu lc. u im : - Cú kh nng iu khin cỏc tua bin thu in cú cụng sut cao. - Tớn hiu iu chnh l liờn tc. - bn cao. Nhc im : - H thng cng nhc khú thay i cỏc h s iu khin khi phi iu khin cỏc h cú nhiu s thay i ln. - tr ca thit b ln. - sai lch tnh ln. Hin nay cỏc nc phỏt trin rt ớt dựng loi ny. (b) iu tc in -Thu lc Cng nh loi trờn, loi iu tc ny cú b phn chp hnh l thit b thu lc, cũn li b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thit b in t tng t. u im: - Gn nh, d dựng hn b iu tc C - Thu lc - Kh nng cụng nghip hoỏ cao. - Tớn hiu iu khin liờn tc. - m bo nhy, chớnh xỏc iu khin Nhc im : - H thng vn cũn cng nhc, kh nng thay i cỏc thụng s ph thuc vo phn cng. - Cú s trụi trt cỏc tham s do c im ca cỏc linh kin analog. NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04 Viện khoa học thuỷ lợi 7 - quỏ iu chnh cũn ln - ch to mt h iu khin cú nhiu tớnh nng thỡ rt phc tp - Giỏ thnh ch to cỏc phn t thy lc cũn cao. (c) iu tc in t s -Thu lc Cng nh loi trờn, loi iu tc ny cú b phn chp hnh l thit b thu lc, cũn l i b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thit b in t s. u im: - Gn nh, d dựng thay i cỏc thụng s iu chnh - Cú kh nng t truy tỡm hng s thi gian ca t mỏy cho ra tớn hiu iu chnh tng thớch. - chớnh xỏc cao, sai lch tnh nh. - quỏ iu chnh nh Nhc im : - Giỏ thnh ch to cỏc phn t thy lc cũn cao. (d) iu tc in t -in Loi iu tc ny cú b phn chp hnh l ng c in, cũn li b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thit b in t tng t. Loi iu tc ny cú chung cỏc u nhc i m nh loi mỏy in -Thu lc, ngoi tr phn chp hnh l in, phự hp hn khi ỏp dng trong cỏc trm thy in nh (e) iu tc in t s - in Loi iu tc ny cú b phn chp hnh l ng c in, cũn li b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thi t b in t s. Loi iu tc ny cú chung cỏc u nhc im nh loi mỏy in t s -Thu lc, ngoi tr phn chp hnh l in, phự hp hn khi ỏp dng trong cỏc trm thy in nh (4) iu tc iu chnh ph ti [...]... DỤNG CÁC BỘ VI XỬ LÝ (P, (C) THƠNG DỤNG VÀO VIỆC CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC II.1.1 LỰA CHỌN SỬ DỤNG VI XỬ LÝ Việc lựa chọn thiết kế chế tạo các thiết bị dựa trên các bộ vi xử lý xuất phát từ các lý do sau: - Điều kiện về chế tạo các thiết bị cơ điện trong nước còn ở mức hết sức khiêm tốn, nếu muốn chế tạo các thiết bị cơ điện thay thế đòi hỏi phải đầu tư lớn ở dây chuyền sản xuất - Xu thế phát triển các. .. chÕ t¹o ®iỊu tèc cho c¸c tr¹m thủ ®iƯn nhá ®Ị tµi Kc07-04 Hình 7 - Thiết bị điều khiển tự động trạm thủy điện (Trung Quốc) Hình 8 - Thiết bị điều khiển tự động trạm thủy điện (Trung Quốc) Hình 9 - Thiết bị điều khiển tự động trạm thủy điện (Mỹ) ViƯn khoa häc thủ lỵi 18 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iỊu tèc cho c¸c tr¹m thủ ®iƯn nhá ®Ị tµi Kc07-04 Hình 10 - Thiết bị điều khiển tự động trạm thủy điện (Đức) II.2... máy điều tốc Các loại máy điều tốc này được thiết kế theo mẫu điều tốc của nước ngồi Đó là máy TT75 (mẫu Trung Quốc), TT1500 (mẫu Liên Xơ) Trên cơ sở máy TT75, đã thiết kế cải tiến một số loại khác như TT100, TT150, TT200 Tồn bộ các máy điều tốc kể trên thuộc loại điều tốc Cơ - Thuỷ lực Nói chung các loại máy điều tốc Cơ Thuỷ lực trên làm việc ổn định nhiều năm nay, nhưng do đặc tính của loại điều tốc. .. này, do khơng có máy điều tốc hoặc do máy điều tốc đã bị hư hỏng phải vận hành bằng tay, nên chất lượng dòng điện khơng đảm bảo tiêu chuẩn hồ lưới quốc gia, mặt khác rất dễ hư hỏng tổ máy khi gặp sự cố Theo điều tra đánh giá của chúng tơi thì nhu cầu chế tạo mới, sửa chữa thay thế thiết bị điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đã xây dựng là rất lớn Việc chủ động chế tạo được máy điều tốc trong nước sẽ... tua bin và các thiết bị cần phải có cơng suất lớn, nên cơ cấu chấp hành vẫn là thủy lực 3 Đối với trạm thủy điện nhỏ, sử dụng cơ cấu chấp hành là động cơ điện đã trở nên phổ biến do kích thước gọn, cơ cấu đơn giản, giá thành chế tạo rẻ hơn nhiều so với cơ cấu thủy lực 4 Với các trạm thủy điện mini, sử dụng điều tốc tải giả làm đơn giản hẳn q trình điều khiển, độ bền thiết bị được tăng lên, do thiết bị... triển các thiết bị điện trên thế giới là ứng dụng các thành tựu mới trong lĩnh vực điện tử - viễn thơng - tin học - Mức độ phát triển và điều kiện của cơng nghiệp điện tử tin học trong nước cho phép thiết kế, chế tạo các thiết bị điện có tính năng tương đương với linh kiện nhập từ nước ngồi - Các thiết bị kiểu mới có kích thước gọn hơn sẽ làm giảm khối lượng xây lắp; phần mềm điều khiển cho phép mềm... số thiết bị điều khiển sử dụng vi xử lý họ 8051, được nghiên cứu thiết kế, chế tạo tại Trung tâm Nghiên cứu thủy điện nhỏ - Viện Khoa học thủy lợi trong thời gian qua (1995-2001) Hình 2 - Thiết bị hòa điện bán tự động ViƯn khoa häc thủ lỵi 15 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iỊu tèc cho c¸c tr¹m thủ ®iƯn nhá ®Ị tµi Kc07-04 Hình 3 - Thiết bị hòa điện bán tự động Hình 4 - Thiết bị đổi nguồn tự động Hình 5 - Thiết. .. xuất các loại máy điều tốc Điện tử - Thuỷ lực Một số cơng trình thuỷ điện lắp đặt máy điều tốc loại này cho thấy nếu có sự đầu tư thích đáng thì nước ta có thể chế tạo được điều tốc với chất lượng ngang hàng với máy của nước ngồi Trong nhiều năm, Trung tâm thuỷ điện, Viện Nghiên cứu khoa học và kinh tế thuỷ lợi đã có nhiều nghiên cứu thành cơng trong lĩnh vực thuỷ điện nhỏ Bên cạnh việc nghiên cứu,. .. HƯỚNG CHẾ TẠO CÁC LOẠI MÁY ĐIỀU TỐC TRÊN THẾ GIỚI Ngày nay trên thế giới, khoa học - kỹ thuật phát triển với tốc độ vơ cùng nhanh chóng Khoảng cách giữa nghiên cứu và ứng dụng được rút ngắn rất nhiều so với các thập niên trước Các thành tựu mới của khoa học cơng nghệ ln được ứng dụng vào thực tế, và qua thực tế quay lại hồn thiện hơn Việc chế tạo thiết bị điều tốc (mà thực tế hiện nay, là thiết bị điều. .. VI XỬ LÝ TẠI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU THỦY ĐIỆN NHỎ - VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI Tuy là một đơn vị trong ngành Thủy lợi, thuộc Bộ Nơng nghiệp và phát triển nơng thơn, nhưng trong hơn 10 năm qua, Trung tâm Nghiên thủy điện đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng vi xử lý trong các thiết bị đo lường - điều khiển trong trạm thủy điện Trung tâm có đội ngũ cán bộ có chun mơn về lĩnh vực đo lường - điều khiển - tự động hóa, . viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thủy điện thuộc đề tài kc 07.04: nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để. 11 Phần II. Nghiên cứu, chế tạo điều tốc điều chỉnh lu lợng và điều tốc điều chỉnh phụ tải 13 II.1 Nghiên cứu xử dụng các bộ vi xử lý (P), â thông dụng vào việc chế tạo máy điều tốc 13 II.1.1. loại máy điều tốc trong trạm thuỷ điện 5 I.2. NHU CầU CáC LOạI MáY đIềU TẩC TRONG TRạM THU đIệN 9 I.3. X U HNG CHế TạO CáC LOạI MáY DIềU TẩC TRêN THế GII 9 I.4 Chế tạo máy điều tốc ở Việt Nam