Cung cấp năng lượng điện là một trong những chỉtiêu đánh giá mức độphát triển
của một vùng, cũng nhưcủa một đất nước. Trong chính sách phát triển kinh tế- xã hội
miền núi của Đảng và nhà nước, việc cung cấp điện được coi nhưlà một trong các
biện pháp hàng đầu. Có rất nhiều giải pháp cấp điện, bao gồm phát triển lưới điện
được nối với toàn quốc, phát triển lưới điện cục bộtại địa phương, xây dựng các trạm
phát điện, đặc biệt là các trạm thuỷ điện vừa và nhỏ. Nước ta ởtrong vùng nhiệt đới
gió mùa, với mạng lưới sông suối dày đặc, có trữlượng thủy năng rất lớn. Việc sử
dụng nguồn năng lượng này phục vụcho các nhu cầu tăng lên không ngừng của nền
kinh tế, có tác dụng vềnhiều mặt, mang lại hiệu ích kinh tếcao, phù hợp với chính
sách vềnăng lượng của nhà nước.
Đồng thời với việc sản xuất và phân phối điện năng, phải chú trọng nâng cao về
chất lượng của dòng điện. Chúng ta biết rằng: Chất lượng dòng điện được đánh giá
chủyếu qua các đại lượng điện áp và tần số. Vì vậy, người ta phải hết sức chú ý tới
việc đảm bảo ổn định điện áp và tần sốcủa mạng lưới cung cấp điện. Mạng lưới điện
bao gồm nhiều tổmáy phát điện các loại vận hành song song đểcung cấp điện năng
cho nhu cầu của phụtải, nên cần có sựphân phối phụtải hợp lý cho các tổmáy tham
gia hệthống và chất lượng dòng điện của mạng lưới phụthuộc chất lượng dòng điện
của từng tổmáy riêng biệt; Đồng thời việc bảo đảm sựhoạt động an toàn của tổmáy
sẽgóp phần làm ổn định lưới điện.
Trong một trạm phát điện nói chung, cũng nhưtrong trạm thuỷ điện nói riêng, toàn
bộcác nhiệm vụkểtrên được thực hiện bởi máy điều tốc. Nhưvậy, vai trò của máy
điều tốc trong trạm phát điện là hết sức quan trọng, với ba chức năng sau:
- Ổn định tần sốdòng điện phát ra với mọi chế độphụtải.
- Đảm bảo chế độhoạt động song song giữa các tổmáy phát điện trong hệthống.
- Đảm bảo dừng máy khẩn cấp khi xuất hiện các sựcố.
Cho đến nay, hầu hết các thiết bịtrong một trạm phát điện đều phải nhập từnước
ngoài. Ngoài việc phải sửdụng ngoại tệ, việc nhập khẩu các thiết bịtừnước ngoài làm
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹mthuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi
2
cho việc bảo hành, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bịgặp nhiều khó khăn. Việc chủ động
thiết kếvà chếtạo các thiết bịtrong trạm thủy điện nói chung và máy điều tốc nói
riêng phù hợp với công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa của nền kinh tếnước nhà.
Đềtài đã được hình thành từcác yêu cầu của thực tếsản xuất.
Bản báo cáo này, trình bày các kết quảnghiên cứu thiết kế, chếtạo máy điều
tốc điều chỉnh lưu lượng, điều chỉnh phụtải xửdụng vi xửlý. Đây là một trong
những loại thiết bị điều tốc đã được nghiên cứu nhiều năm ởTrung tâm Nghiên cứu
thủy điện nhỏ(Gọi tắt là Trung tâm thủy điện), Viện Khoa học thủy lợi, BộNông
nghiệp và Phát triển nông thôn.
120 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1338 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chuyên đề Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thủy điện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n
viÖn khoa häc thñy lîi
b¸o c¸o tæng kÕt chuyªn ®Ò
nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc
cho c¸c tr¹m thñy ®iÖn
thuéc ®Ò tµi kc 07.04:
“nghiªn cøu, lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®Ó khai th¸c vµ
sö dông c¸c lo¹i n¨ng l−îng t¸i t¹o trong chÕ biÕn n«ng,
l©m, thñy s¶n, sinh ho¹t n«ng th«n vµ b¶o vÖ m«i tr−êng”
Chñ nhiÖm chuyªn ®Ò: ThS nguyÔn vò viÖt
5817-6
16/5/2006
hµ néi – 5/2006
MỤC LỤC
Trang
§Æt vÊn ®Ò 1
PhÇn I Lý thuyÕt c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ®iÒu tèc 3
I.1. Sù ®iÒu chØnh tua bin vµ sù ®iÌu chØnh tua bin vµ ph©n
lo¹i m¸y ®iÒu.
3
I.1.1. S¬ l−îc vÒ lý thuyÕt vÒ ®iÒu chØnh tua bin thuû lùc 3
I.1.2. Giíi thiÖu c¸c lo¹i m¸y ®iÒu tèc trong tr¹m thuû ®iÖn 5
I.2. NHU CÇU C¸C LO¹I M¸Y ®IÒU TÈC TRONG TR¹M THUÛ
®IÖN
9
I.3. XU H−ÍNG CHÕ T¹O C¸C LO¹I M¸Y DIÒU TÈC TRªN THÕ
GIÍI
9
I.4 ChÕ t¹o m¸y ®iÒu tèc ë ViÖt Nam 11
PhÇn II. Nghiªn cøu, chÕ t¹o ®iÒu tèc ®iÒu chØnh
l−u l−îng vµ ®iÒu tèc ®iÒu chØnh phô t¶i
13
II.1 Nghiªn cøu xö dông c¸c bé vi xö lý (P), © th«ng dông
vµo viÖc chÕ t¹o m¸y ®iÒu tèc
13
II.1.1 Lùa chän sö dông vi xö lý 13
II.1.2. øng dông vi xö lý 8051 13
II.1.3 Nghiªn cøu øng dông vi xö lý t¹i trung t©m nghiªn cøu
thuû ®iÖn nhá – ViÖn Khoa häc Thuû lîi
15
II.1.4. Th«ng tin tõ n−íc ngoµi 17
II.2. Nghiªn cøu më réng bé ®iÒu khiÓn ®iÒu tèc l−u l−îng
thµnh bé ®iÒu khiÓn ®a t¸c dông
19
II.3. X¸c ®Þnh ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tua bin 20
II.3.1. S¬ ®å ®iÒu khiÓn 20
II.3.2. S¬ ®å khèi chøc n¨ng 23
II.4 ThiÕt kÕ phÇn cøng 23
II.4.1 CPU 23
II.4.2 Khèi hiÓn thÞ 24
II.4.3 Khèi ®o l−êng tÇn sè 25
II.4.4 Khèi b¸o hiÖu mùc n−íc 26
II.4.5 TÝn hiÖu ®ãng m¸y sù cè bªn ngoµi 26
II.4.6 C¸c c«ng t¸c thiÕt lËp gi¸ trÞ vËn hµnh 27
II.4.7 Khèi ®iÒu khiÓn 27
II.4.8 Khèi cÊp nguån 28
II.5. X©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn 28
II.5.1 Lùa chän ng«n ng÷ 28
II.5.2 S¬ ®å khèi tÝnh to¸n chÝnh 29
II.6 ChÕ t¹o hoµn chØnh bé ®iÒu tèc 37
II.7 X©y dùng qui tr×nh vËn hµnh, söa ch÷a, b¶o d−ìng 38
II.8 §Ò xuÊt n©ng cao chÊt l−îng thiÕt bÞ 38
II.9 B¶n vÏ nguyªn lý 39
PhÇn III Nghiªn cøu bé ®iÒu tèc ®iÒu khiÓn phô t¶i 40
III.1 Tæng quan 40
III.1.1 Th«ng tin tõ n−íc ngoµi 40
III.1.2 Lùa chän ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ 42
III.2 ThiÕt kÕ phÇn cøng 50
III.2.1 CPU 50
III.2.2 Khèi ®o l−êng tÇn sè 51
III.2.3 C«ng t¸c thiÕt lËp gi¸ trÞ vËn hµnh 51
III.2.4 Khèi ®iÒu khiÓn t¶i 53
III.2.5 §iÌu khiÓn kiÓu R¬le 53
III.2.6 Khèi cÊp nguån 53
III.3 X©y dùng phÇn mÒm ®iÒu khiÓn 54
III.3.1 Lùa chän ng«n ng÷ 54
III.3.2 S¬ ®å khèi tÝnh to¸n chÝnh 54
III.4 ChÕ t¹o hoµn chØnh bé ®iÒu khiÓn 59
III.5 §Ò xuÊt n©ng cao chÊt l−îng thiÕt bÞ 60
III.6 B¶n vÏ nguyªn lý 61
Phô lôc I PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn l−u tèc ®iÒu chØnh
l−u l−îng
63a
Phô lôc II PhÇm mÒm ®iÒu khiÓn ®iÒu tèc ®iÒu
chØnh phu t¶i
102
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 1
§Æt vÊn ®Ò
Cung cấp năng lượng điện là một trong những chỉ tiêu đánh giá mức độ phát triển
của một vùng, cũng như của một đất nước. Trong chính sách phát triển kinh tế - xã hội
miền núi của Đảng và nhà nước, việc cung cấp điện được coi như là một trong các
biện pháp hàng đầu. Có rất nhiều giải pháp cấp điện, bao gồm phát triển lưới điện
được nối với toàn quốc, phát triển lưới điện cục bộ tại địa phương, xây dựng các trạm
phát điện, đặc biệt là các trạm thuỷ điện vừa và nhỏ... Nước ta ở trong vùng nhiệt đới
gió mùa, với mạng lưới sông suối dày đặc, có trữ lượng thủy năng rất lớn. Việc sử
dụng nguồn năng lượng này phục vụ cho các nhu cầu tăng lên không ngừng của nền
kinh tế, có tác dụng về nhiều mặt, mang lại hiệu ích kinh tế cao, phù hợp với chính
sách về năng lượng của nhà nước.
Đồng thời với việc sản xuất và phân phối điện năng, phải chú trọng nâng cao về
chất lượng của dòng điện. Chúng ta biết rằng: Chất lượng dòng điện được đánh giá
chủ yếu qua các đại lượng điện áp và tần số. Vì vậy, người ta phải hết sức chú ý tới
việc đảm bảo ổn định điện áp và tần số của mạng lưới cung cấp điện. Mạng lưới điện
bao gồm nhiều tổ máy phát điện các loại vận hành song song để cung cấp điện năng
cho nhu cầu của phụ tải, nên cần có sự phân phối phụ tải hợp lý cho các tổ máy tham
gia hệ thống và chất lượng dòng điện của mạng lưới phụ thuộc chất lượng dòng điện
của từng tổ máy riêng biệt; Đồng thời việc bảo đảm sự hoạt động an toàn của tổ máy
sẽ góp phần làm ổn định lưới điện.
Trong một trạm phát điện nói chung, cũng như trong trạm thuỷ điện nói riêng, toàn
bộ các nhiệm vụ kể trên được thực hiện bởi máy điều tốc. Như vậy, vai trò của máy
điều tốc trong trạm phát điện là hết sức quan trọng, với ba chức năng sau:
- Ổn định tần số dòng điện phát ra với mọi chế độ phụ tải.
- Đảm bảo chế độ hoạt động song song giữa các tổ máy phát điện trong hệ thống.
- Đảm bảo dừng máy khẩn cấp khi xuất hiện các sự cố.
Cho đến nay, hầu hết các thiết bị trong một trạm phát điện đều phải nhập từ nước
ngoài. Ngoài việc phải sử dụng ngoại tệ, việc nhập khẩu các thiết bị từ nước ngoài làm
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 2
cho việc bảo hành, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị gặp nhiều khó khăn. Việc chủ động
thiết kế và chế tạo các thiết bị trong trạm thủy điện nói chung và máy điều tốc nói
riêng phù hợp với công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa của nền kinh tế nước nhà.
Đề tài đã được hình thành từ các yêu cầu của thực tế sản xuất.
Bản báo cáo này, trình bày các kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy điều
tốc điều chỉnh lưu lượng, điều chỉnh phụ tải xử dụng vi xử lý. Đây là một trong
những loại thiết bị điều tốc đã được nghiên cứu nhiều năm ở Trung tâm Nghiên cứu
thủy điện nhỏ (Gọi tắt là Trung tâm thủy điện), Viện Khoa học thủy lợi, Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn.
B¸o c¸o khoa häc §Ò tµi KC07- 04
ViÖn khoa häc thuû lîi 3
PhÇn 1. LÝ THUYÕT C¬ B¶N CñA THIÕT BÞ ®iÒu tèc.
I.1. SỰ ĐIỀU CHỈNH TUA BIN VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỀU TỐC
I.1.1 SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU CHỈNH TUA BIN THUỶ LỰC:
Nguyên lý điều chỉnh của máy điều tốc dựa trên phương trình chuyển động quay
của tổ máy thuỷ điện:
dt
dJMM ct
ω=− (1)
Trong đó: Mt - Mô men do tua bin sinh ra.
Mc - Mô men cản phụ thuộc vào phụ tải.
J - Mô men quán tính của tổ máy (Tua bin + Máy phát).
ω - Vận tốc quay của tổ máy.
Muốn duy trì vận tốc tổ máy không thay đổi (do đó tần số dòng điện không đổi), vế
trái của phương trình bằng không (= 0). Do đó phương trình (1) trở thành:
const
MM
dt
dJ ct
=
=−=
ω
ω 0
(2)
Từ (2), có thể rút ra kết luận: Có thể điều chỉnh tua bin để đạt trị số vòng quay
không thay đổi bằng cách đảm bảo điều chỉnh sao cho luôn đạt được sự cân bằng giữa
mô men do tua bin sinh ra và mô men cản. Có thể đạt được điều này theo 2 cách như
sau:
- Điều chỉnh mô men trên trục tua bin Mt sao cho luôn cân bằng với mô men cản
của phụ tải Mc. Theo hướng này, ta có các loại điều tốc điều chỉnh lưu lượng vẫn
thường dùng trong các trạm thuỷ điện..
- Ngược lại, điều chỉnh tổng mô men cản của phụ tải Mc sao cho luôn cân bằng với
mô men trên trục tua bin Mt. Theo hướng này, ta có loại điều tốc điều chỉnh phụ giả
(Điều tốc tải giả).
I.1.1.1 Điều chỉnh mô men trên trục tua bin:
Mô men sinh ra trên trục tua bin liên hệ với công suất tua bin như sau:
Ntb = Mt . ω (3)
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 4
Và ta đã biết, với cột nước làm việc H và lưu lượng Q, công suất của tua bin là:
N
Q H
tb = γ. .
102
(4)
Trong đó:
Ntb - Công suất thuỷ lực do dòng nước sinh ra trên trục tua bin (kW)
γ - Trọng lượng riêng của nước , γ = 1000 kG/m3 .
Q - Lưu lượng của tổ máy (m3/s).
H - Cột nước làm việc của tua bin (m).
Từ (3) và (4), kể đến hệ số tổn thất Φ, rút ra:
M
Q H
t = ×
γ
ω
. . .Φ
102
(5)
Trong vùng làm việc nhất định của tua bin, trong một khoảng thời gian nhất định,
cột áp H không thay đổi, hệ số tổn thất Φ không thay đổi, tức là ta có thể coi H=
Const, Φ=Const. Do vậy, khi đó Mt chỉ còn phụ thuộc vào lưu lượng Q. Để điều chỉnh
cho mô men trên trục tua bin Mt cân bằng với mô men cản của phụ tải Mc ta phải
điều chỉnh lưu lượng nước qua tua bin. Đây chính là nguyên tắc điều chỉnh của các
máy điều tốc điều chỉnh lưu lượng truyền thống được sử dụng rộng rãi nhất trong các
trạm thuỷ điện.
I.1.1.2 Điều chỉnh tổng mô men cản trên trục tua bin:
Trong các trạm thuỷ điện áp dụng loại điều tốc kiểu tải giả, lưu lượng Q qua tua bin
sẽ không thay đổi trong những khoảng thời gian nhất định; tức là tua bin sẽ luôn hoạt
động với một công suất Mt nhất định tương ứng với lưu lượng này (theo(5)). Do phụ
tải tiêu thụ luôn thay đổi, tức là mô men Mc thay đổi, nên phải có một nguồn phụ tải
tiêu thụ bù vào sao cho đạt được tổng phụ tải của tua bin không thay đổi, do đó đạt
được sự cân bằng theo (2). Phụ tải này thường là các điện trở thuần. Nhiệm vụ của
máy điều tốc kiểu tải giả là làm sao giữ cho tổng phụ tải của tua bin không thay đổi
bằng cách đóng-ngắt các phụ tải bù nói trên. Việc đóng ngắt này thường do mạch điện
tử và các Thiritstor đảm nhận, cho nên loại máy điều tốc loại này rất gọn nhẹ, dễ sửa
chữa, giá thành thấp.
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 5
Tuy nhiên, chất lượng dòng điện trong trường hợp này không cao như trường hợp
điều chỉnh lưu lượng. Trong các trạm thủy điện công suất nhỏ hoạt động độc lập, yêu
cầu về chất lượng dòng điện không cao (Dùng thắp sáng, đun nấu...), thì sử dụng loại
điều tốc này mang lại hiệu quả kinh tế cao.
I.1.2 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI MÁY ĐIỀU TỐC TRONG TRẠM THUỶ ĐIỆN
I.1.2.1 Cấu tạo chung.
Nói chung, các máy điều tốc có hai bộ phận chính như sau:
(1) Bộ phận điều khiển:
Bộ phận điều khiển có thể coi như trung tâm xử lý tín hiệu của điều tốc về vòng
quay của tổ máy, là bộ phận quan trọng và phức tạp nhất của máy điều tốc. Trong bộ
phận này có thể chia ra một số cụm với các chức năng sau:
- Cụm bộ phận cảm ứng: Làm nhiệm vụ nhận các tín hiệu vòng quay của tổ máy, so
sánh sai lệch với giá trị đặt trước của vòng quay tổ máy để tạo ra tín hiệu điều chỉnh
tương ứng tác động lên bộ phận xử lý.
- Cụm bộ phận xử lý: Từ tín hiệu sai lệch tạo ra tín hiệu điều khiển cửa van tua bin
(hoặc phụ tải)
- Bộ phận ổn định: Làm nhiệm vụ ổn định hệ thống điều chỉnh nhằm đảm bảo chất
lượng của hệ thống được điều chỉnh, thông qua các tín hiệu phản hồi về vòng quay, gia
tốc vòng quay...
(2) Bộ phận chấp hành:
Làm nhiệm vụ điều chỉnh theo yêu cầu của máy điều tốc (Lưu lượng qua tua bin
hoặc phụ tải của tổ máy).
I.1.2.2 Các loại điều tốc dùng cho trạm thuỷ điện.
(3) Điều tốc điều chỉnh lưu lượng
Theo cấu tạo, kết cấu của các bộ phận chính của máy điều tốc, có thể chia ra cácloại
điều tốc sau, mà tên gọi hàm ý kiểu cấu tạo của bộ phận điều khiển và bộ phận chấp
hành:
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 6
(a) Điều tốc Cơ-Thuỷ lực
Đây là loại máy điều tốc ra đời từ rất lâu. Bộ phận điều khiển là bộ phận cơ học,
như: con lắc li tâm, con lắc thuỷ lực; bộ phận chấp hành là thuỷ lực (secvomotor thuỷ
lực), các bộ phận khác đều là các cơ cấu cơ khí hoặc thuỷ lực.
Ưu điểm :
- Có khả năng điều khiển các tua bin thuỷ điện có công suất cao.
- Tín hiệu điều chỉnh là liên tục.
- Độ bền cao.
Nhược điểm:
- Hệ thống cứng nhắc khó thay đổi các hệ số điều khiển khi phải điều khiển các hệ
có nhiều sự thay đổi lớn.
- Độ trễ của thiết bị lớn.
- Độ sai lệch tĩnh lớn.
Hiện nay ở các nước phát triển rất ít dùng loại này.
(b) Điều tốc Điện -Thuỷ lực
Cũng như loại trên, loại điều tốc này có bộ phận chấp hành là thiết bị thuỷ lực, còn
lại bộ phận cảm ứng và các bộ phận khác đều là thiết bị điện tử tương tự.
Ưu điểm:
- Gọn nhẹ, dễ dùng hơn bộ điều tốc Cơ - Thuỷ lực
- Khả năng công nghiệp hoá cao.
- Tín hiệu điều khiển liên tục.
- Đảm bảo độ nhạy, độ chính xác điều khiển
Nhược điểm:
- Hệ thống vẫn còn cứng nhắc, khả năng thay đổi các thông số phụ thuộc vào phần
cứng.
- Có sự trôi trượt các tham số do đặc điểm của các linh kiện analog.
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 7
- Độ quá điều chỉnh còn lớn
- Để chế tạo một hệ điều khiển có nhiều tính năng thì rất phức tạp
- Giá thành chế tạo các phần tử thủy lực còn cao.
(c) Điều tốc Điện tử số -Thuỷ lực
Cũng như loại trên, loại điều tốc này có bộ phận chấp hành là thiết bị thuỷ lực, còn
lại bộ phận cảm ứng và các bộ phận khác đều là thiết bị điện tử số.
Ưu điểm:
- Gọn nhẹ, dễ dùng thay đổi các thông số điều chỉnh
- Có khả năng tự truy tìm hằng số thời gian của tổ máy để cho ra tín hiệu điều chỉnh
tương thích.
- Độ chính xác cao, sai lệch tĩnh nhỏ.
- Độ quá điều chỉnh nhỏ
Nhược điểm:
- Giá thành chế tạo các phần tử thủy lực còn cao.
(d) Điều tốc Điện tử -Điện
Loại điều tốc này có bộ phận chấp hành là động cơ điện, còn lại bộ phận cảm ứng
và các bộ phận khác đều là thiết bị điện tử tương tự. Loại điều tốc này có chung các ưu
nhược điểm như loại máy Điện -Thuỷ lực, ngoại trừ phần chấp hành là điện, phù hợp
hơn khi áp dụng trong các trạm thủy điện nhỏ
(e) Điều tốc Điện tử số - Điện
Loại điều tốc này có bộ phận chấp hành là động cơ điện, còn lại bộ phận cảm ứng
và các bộ phận khác đều là thiết bị điện tử số. Loại điều tốc này có chung các ưu
nhược điểm như loại máy Điện tử số -Thuỷ lực, ngoại trừ phần chấp hành là điện, phù
hợp hơn khi áp dụng trong các trạm thủy điện nhỏ
(4) Điều tốc điều chỉnh phụ tải
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 8
Trong thời gian gần đây, bên cạnh các máy điều tốc kiểu truyền thống, đã xuất hiện
và được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới loại máy điều tốc kiểu tải giả (Dummy
Load, Electronic Load Control). Đối với các trạm thuỷ điện nhỏ, việc sử dụng máy
điều tốc kiểu thứ nhất nói trên sẽ không kinh tế, vì nhiều lẽ mà trước hết là giá thành
chế tạo, kết cấu phức tạp làm cho chi phí bảo dưỡng vận hành cao...Hoặc tại các trạm
thuỷ điện trên hệ thống tưới, nơi mà không thể tuỳ ý thay đổi lưu lượng qua tổ máy;
hoặc tại các vị trí mà điều kiện về dòng chảy không bị hạn chế...thì việc áp dụng máy
điều tốc kiểu tải giả hoàn toàn là phương án kinh tế hơn.
Đây là loại thiết bị thuộc thế hệ mới, nên hầu như các phần tử trong nó đều ứng
dụng các thành tựu của kỹ thuật điện tử và tin học.
c¬
thñy lùc
Analog DIGITAL
§iÖn tö
thñy lùc
Analog DIGITAL
§iÖn tö
§iÖn
®iÒu chØnh l−u l−îng
Analog DIGITAL
®iÒu chØnh phô t¶i
m¸y ®iÒu tèc
Hình 1 - Phân loại máy điều tốc
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 9
I.2 NHU CẦU TRÊN THỊ TRƯỜNG VỀ MÁY ĐIỀU TỐC
Như đã đề cập ở nhiều tài liệu, thủy điện nhỏ đóng vai trò rất quan trọng trong chiến
lược về năng lượng của đất nước, phục vụ cho công cuộc phát triển dân sinh kinh tế,
nhất là tại các vùng miền núi xa xôi. Có thể thấy hai vấn đề trong lĩnh vực này:
Thứ nhất, đối với các trạm thủy điện nhỏ xây dựng mới, giá thành của máy điều tốc
chiếm tỷ trọng tương đối lớn trong tổng giá trị các thiết bị (Ví dụ: Giá nhập khẩu máy
TT150 (Trung Quốc) là 80 triệu đồng Việt Nam - 1998). Mặt khác, do cơ cấu tiêu
chuẩn hóa thiết bị tua bin, một loại máy điều tốc được sử dụng trong một dải lớn về
công suất của tua bin, nên đối với tổ máy công suất nhỏ, tỷ trọng giá thành của máy
điều tốc càng lớn.
Thứ hai, đối với các trạm đã xây dựng từ trước ở nước ta , các máy điều tốc trong
các trạm thuỷ điện này chủ yếu là loại máy Cơ khí - Thuỷ lực; Sau một thời gian vận
hành nhất định, hầu như đã bị hư hỏng mà không có phụ tùng thay thế. Các chi tiết
thuỷ lực tuy không lớn, nhưng đòi hỏi phải gia công rất chính xác và chất lượng vật
liệu tốt. Đa số các trạm thuỷ điện nhỏ này, do không có máy điều tốc hoặc do máy
điều tốc đã bị hư hỏng phải vận hành bằng tay, nên chất lượng dòng điện không đảm
bảo tiêu chuẩn hoà lưới quốc gia, mặt khác rất dễ hư hỏng tổ máy khi gặp sự cố.
Theo điều tra đánh giá của chúng tôi 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 mang lại nhiều lợi ích về kinh tế, xã hội.
I.3 XU 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 vô 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 công nghệ luôn được ứng dụng vào
thực tế, và qua thực tế quay lại hoàn thiện hơn. Việc chế tạo thiết bị điều tốc (mà thực
tế hiện nay, là thiết bị điều khiển nhiều tác dụng) đã ứng dụng rất nhiều thành tựu của
khoa học về điều khiển tự động, của công nghệ điện tử tin học. Nhìn chung, có thể đưa
ra một số nhận xét sau:
1. Hầu như, việc ứng dụng vi xử lý, vi điều khiển đã trở thành phổ biến. Ưu
điểm của chúng đã có nhiều tác giả đề cập, ở đây ta có thể nhận thấy một số nét chính:
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 10
- Kích thước nhỏ;
- Thời gian xử lý nhanh, với tốc độ xử lý cỡ ns hoàn toàn đảm bảo tính thời gian
thực (real-time) trong đo lường và điều khiển;
- Độ chính xác cao, với các thế hệ 16, 32 và 64 bit, độ chính xác đã đạt mức độ vô
cùng lớn so với yêu cầu điều khiển (với 10 bit, ta đã có độ chính xác 0,1 %, 16 bit ~
0,15.10-5%);
- Số lượng các đầu vào ra lớn cùng các tính năng điều khiển được tích hợp trên linh
kiện (on-chip), làm tăng khả năng xử lý nhiều tác dụng cùng lúc, bộ điều khiển trở
thành đa tác dụng, không chỉ đơn thuần điều khiển 1 thông số nào đó;
- Khả năng truyền tin mang đến khả năng đo lường điều khiển từ xa, dễ dàng thiết
lập mạng thông tin SCADA;
- Mềm dẻo trong thuật toán: Do các thuật toán điều khiển là phần mềm, việc thay
thế, sửa chữa các thuật điều khiển, các thông số hoàn toàn là phần mềm, không phải
sửa chữa hoặc thay thế phần cứng (Do đó mạch điện phần cứng cũng đơn giản hơn
nhiều);
- Giá thành tương đối rẻ và dễ chế tạo trong nước: Do giá thành chế tạo các linh
kiện điện tử giảm xuống nhanh chóng, do mức độ sử dụng rộng rãi, nên việc mua các
linh kiện không quá khó khăn. Mặt khác, trình độ về điện tử - tin học trong nước đã
phát triển cao, nên có thể hoàn toàn làm chủ được việc viết phần mềm điều khiển. Việc
đầu tư sản xuất không lớn như các thiết bị cơ khí - thuỷ lực.
2. Đối với các trạm thủy điện công suất lớn, việc đóng mở tua bin và các thiết
bị cần phải có công 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 quá
trình điều khiển, độ bền thiết bị được tăng lên, do thiết bị làm việc ổn định ở một chế
độ nhất định; giá thành thiết bị rẻ hơn nhiều so với điều chỉnh lưu lượng.
NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®iÒu tèc cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®Ò tµi Kc07-04
ViÖn khoa häc thuû lîi 11
I.4 CHẾ TẠO MÁY ĐIỀU TỐC Ở VIỆT NAM
Từ những năm 1980 trở lại đây, đã có một số cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở Việt
nam tiến hành thiết kế chế tạo thiết bị thuỷ điện nhỏ, trong đó có máy điều tốc.
Tại Công ty Cơ khí Hà Nội, từ năm 1982, đã tiến hành sản xuất một số loại máy
điều tốc. Các loại máy điều tốc này được thiết kế theo mẫu điều tốc của nước ngoài.
Đó là máy TT75 (mẫu Trung Quốc), TT1500 (mẫu Liên Xô). Trên cơ sở máy TT75,
đã thiết kế cải tiến một số loại khác như TT100, TT150, TT200. Toàn bộ các máy điều
tốc kể trên thuộc loại điều tốc Cơ - Thuỷ lực. Nói chung các loại máy điều tố