Đồ án kiểm định công tơ điện tử 3 pha HHM-38GT trên bàn KP-S3000

Đồ án nghiên cứu bàn kiểm KP-S300 trong việc đo và kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM-38GT, cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm chi tiết.

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Thảo
• Người hướng dẫn: ThS. Đỗ Anh Dũng
• Trường học: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu bàn kiểm KP-S3000 ứng dụng vào đo và kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM-38GT
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng quan về bàn kiểm KP S300 ứng dụng đo kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM 38GT

Đồ án nghiên cứu bàn kiểm KP-S300 ứng dụng vào đo và kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM-38GT là đề tài quan trọng trong lĩnh vực điện tự động công nghiệp. Bàn kiểm KP-S300 là thiết bị chuyên dụng được thiết kế để kiểm định chính xác các thông số kỹ thuật của công tơ điện tử. HHM-38GT là dòng công tơ điện tử 3 pha 3 giá, hỗ trợ đo lường điện năng theo từng khung giờ. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng bàn kiểm KP-S300 để đánh giá độ chính xác, độ tin cậy và khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của công tơ HHM-38GT. Đề tài góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống đo đếm điện năng trong các doanh nghiệp điện lực.

1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bàn kiểm KP S300

Bàn kiểm KP-S300 có cấu trúc gồm các module chính như module nguồn, module điều khiển, module đo lường và module giao tiếp. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc tạo ra các tín hiệu điện áp và dòng điện chuẩn để kiểm định công tơ. Module đo lường sử dụng các cảm biến chính xác để đo các thông số như điện áp, dòng điện, công suất và năng lượng. Module điều khiển quản lý quá trình kiểm định theo các chế độ đã lập trình. Giao diện người dùng cung cấp các chức năng cài đặt, giám sát và xuất báo cáo. Thiết bị hoạt động ổn định trong dải điện áp 85-265V AC và tần số 45-65Hz.

1.2. Đặc điểm kỹ thuật của công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM 38GT

Công tơ HHM-38GT là thiết bị đo điện năng 3 pha 3 giá, sử dụng công nghệ điện tử tiên tiến. Thiết bị có khả năng đo lường chính xác điện năng tiêu thụ theo 3 khung giờ khác nhau (cao điểm, bình thường, thấp điểm). HHM-38GT hỗ trợ giao tiếp quang học, module tháo lắp và cổng RS485. Thông số kỹ thuật bao gồm dải đo dòng điện 0.2-100A, điện áp 3x220/380V, tần số 50Hz. Độ chính xác đạt cấp 1.0 theo tiêu chuẩn IEC 62053-21. Thiết bị có màn hình LCD hiển thị đầy đủ các chỉ thị trạng thái hoạt động.

II. Phân tích các vấn đề trong kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá

Kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM-38GT gặp phải nhiều thách thức kỹ thuật. Một trong những vấn đề chính là độ chính xác của thiết bị đo lường trong điều kiện điện áp không ổn định. Sai số đo lường có thể tăng lên đáng kể khi xảy ra hiện tượng quá áp hoặc thấp áp. Ngoài ra, vấn đề về tương thích giao thức truyền thông giữa bàn kiểm KP-S300 và công tơ HHM-38GT cũng ảnh hưởng đến quá trình kiểm định. Quá trình cài đặt cấu hình ban đầu đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức chuyên sâu về cả hai thiết bị. Thời gian kiểm định dài do phải thực hiện nhiều bước kiểm tra khác nhau. Việc lưu trữ và quản lý dữ liệu kiểm định cũng gặp khó khăn trong môi trường sản xuất.

2.1. Ảnh hưởng của điều kiện vận hành đến độ chính xác

Điều kiện vận hành bất thường như điện áp không ổn định, nhiễu sóng điện từ hoặc nhiệt độ môi trường cao đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của công tơ điện tử. Khi điện áp vượt quá dải hoạt động cho phép, sai số đo lường có thể tăng lên đến 5%. Nhiễu sóng điện từ từ các thiết bị công nghiệp xung quanh cũng gây ra sai số không mong muốn. Nhiệt độ môi trường trên 40°C làm giảm tuổi thọ của các linh kiện điện tử bên trong công tơ. Bàn kiểm KP-S300 cần được hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo độ chính xác trong mọi điều kiện vận hành.

2.2. Khó khăn trong tích hợp hệ thống đo lường

Tích hợp bàn kiểm KP-S300 với hệ thống quản lý đo lường hiện có gặp nhiều khó khăn về mặt kỹ thuật. Sự khác biệt trong giao thức truyền thông giữa các thế hệ thiết bị là trở ngại lớn nhất. HHM-38GT sử dụng giao thức Modbus RTU trong khi hệ thống cũ có thể sử dụng giao thức khác. Việc cập nhật firmware cho cả hai thiết bị cũng đòi hỏi chuyên môn cao. Ngoài ra, cấu hình ban đầu phức tạp với nhiều tham số cần thiết lập chính xác. Người vận hành phải mất nhiều thời gian để làm quen với giao diện điều khiển của bàn kiểm KP-S300.

III. Phương pháp nghiên cứu bàn kiểm KP S300 ứng dụng vào đo kiểm định

Phương pháp nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng bàn kiểm KP-S300 để kiểm định toàn diện công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM-38GT. Quy trình kiểm định bao gồm các bước: chuẩn bị thiết bị, cài đặt cấu hình ban đầu, thực hiện kiểm định theo tiêu chuẩn, thu thập dữ liệu và phân tích kết quả. Sử dụng các chế độ kiểm định khác nhau như kiểm định tĩnh, kiểm định động và kiểm định toàn diện. Kết quả kiểm định được so sánh với các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 62053-21 và QCVN 27:2010/BCT. Phương pháp nghiên cứu cũng bao gồm việc đánh giá độ tin cậy của hệ thống đo lường trong điều kiện vận hành thực tế.

3.1. Quy trình kiểm định theo tiêu chuẩn kỹ thuật

Quy trình kiểm định bắt đầu bằng việc chuẩn bị bàn kiểm KP-S300 và công tơ HHM-38GT. Thiết lập các thông số kỹ thuật theo yêu cầu của nhà sản xuất. Thực hiện kiểm định tĩnh bằng cách cung cấp các tín hiệu điện áp và dòng điện chuẩn. Kiểm tra độ chính xác đo lường ở các mức tải khác nhau từ 5% đến 100% dòng định mức. Đánh giá sai số đo lường so với giá trị chuẩn. Kiểm định động được thực hiện bằng cách thay đổi liên tục các thông số đầu vào. Cuối cùng, kiểm định toàn diện bao gồm đánh giá độ tin cậy, độ bền và khả năng chống nhiễu.

3.2. Phương pháp phân tích dữ liệu kiểm định

Dữ liệu kiểm định được thu thập thông qua giao diện phần mềm của bàn kiểm KP-S300. Các thông số đo lường bao gồm điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng và sai số đo lường. Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng bảng tính Excel để thuận tiện cho việc phân tích. Sử dụng các phần mềm thống kê như SPSS hoặc Excel để phân tích xu hướng sai số theo thời gian. Đánh giá độ lặp lại của phép đo bằng cách thực hiện nhiều lần kiểm định trong cùng điều kiện. Phương pháp phân tích cũng bao gồm việc so sánh kết quả kiểm định với các tiêu chuẩn quy định.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu bàn kiểm KP S300

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của bàn kiểm KP-S300 trong việc kiểm định công tơ điện tử 3 pha 3 giá HHM-38GT. Kết quả cho thấy thiết bị đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn quốc tế. Độ chính xác đo lường đạt ±0.5% trong điều kiện vận hành bình thường. Quá trình kiểm định diễn ra nhanh chóng và đáng tin cậy. Nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng như tự động hóa quy trình kiểm định và tích hợp hệ thống quản lý. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp điện lực, trung tâm kiểm định và các cơ sở đào tạo kỹ thuật.

4.1. Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của hệ thống

Hệ thống bàn kiểm KP-S300 kết hợp với công tơ HHM-38GT cho thấy hiệu quả kỹ thuật vượt trội so với các phương pháp kiểm định truyền thống. Độ chính xác cao hơn đáng kể nhờ vào công nghệ đo lường tiên tiến. Quá trình kiểm định được tự động hóa, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người. Hệ thống có khả năng lưu trữ dữ liệu kiểm định trong thời gian dài, thuận tiện cho việc truy xuất và phân tích. Độ tin cậy của hệ thống đạt 99.5% trong các điều kiện vận hành khác nhau. Tính linh hoạt cao cho phép dễ dàng mở rộng chức năng trong tương lai.

4.2. Triển khai ứng dụng trong thực tế sản xuất

Kết quả nghiên cứu có thể triển khai ứng dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp điện lực. Các trung tâm kiểm định có thể sử dụng hệ thống để kiểm định hàng loạt công tơ điện tử. Doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí nhờ vào việc giảm thời gian kiểm định và nâng cao độ chính xác. Hệ thống cũng có thể được tích hợp vào hệ thống quản lý đo lường hiện có thông qua các giao thức truyền thông chuẩn. Đào tạo nhân viên vận hành hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ vào giao diện thân thiện người dùng. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ điện năng trong toàn ngành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU BÀN KIỂM KP-S3000 I. Bàn kiểm công tơ điện tử 3 pha, kiểu KP-S3000, là bàn kiểm thế hệ mới, với độ chính xác cao trong việc kiểm định hiệu chuẩn công tơ điện. Nó sử dụng công nghệ tiên tiến và các bộ phận điện tử. Bàn kiểm công tơ có thể được điều khiển hoạt động từ bàn phím trên bộ điều khiển tại chỗ hoặc hoạt động thông qua phần mềm điều khiển từ máy tính PC.

Các chức năng và đặc tính: 1) Được trang bị nguồn điện tử ảo, đảm bảo tính ổn định cao, an toàn và công suất đầu ra lớn. 2) Tự động điều chỉnh dải đo dòng điện. Tự phát hiện lỗi trong bộ khuếch đại điện áp và bộ khuếch đại dòng điện. 3) Bàn kiểm có giao diện RS-232C/ RS-485, có thể hoạt động từ phần mềm điều khiển trên máy vi tính.

4) Các kết quả kiểm có thể được lưu trữ vào cơ sở dữ liệu, có thế truy vấn vào cơ sở dữ liệu và in ra kết quả. Cấu trúc và các bộ phận chính. (1) Bộ tính sai số (2) Vị trí lắp công tơ kiểm (3) cổng truyền thông RS485 (4) Đầu vào xung (5) Công tắc nguồn GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 6 (6) Bật khối khuếch đại (7) Tắt khối khuếch đại (8) Khối điều khiển tại chỗ (9) Công tơ chuẩn (10) Đầu ra điện áp từ khối nguồn (11) Tiếp điểm ngắn mạch dòng (12( Khối khuếch đại (dòng điện, điện áp) (13) Khối chuyến thang (dòng điện, điện áp) Khi nguồn phát dòng lớn hơn 100A, thời gian phát nên giới hạn dưới 5 phút để bảo vệ nguồn phát. Các kiểu bàn kiểm khác của KAIPU GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 7 (1) Bộ tính toán sai số (2) Tay gá phía trên công tơ kiểm (3) Khung giá đỡ bên dưới công tơ kiểm (4) Cổng truyền thông RS485 (5) Đầu vào xung (6) Công tắc nguồn (7) Bật nguồn bộ khuếch đại (8) Tắt nguồn bộ khuếch đại (9) Khối điều khiển tại chỗ (10) Công tắc chuyển on line/ off line (11) Công tơ chuẩn 3 pha (12) Đầu ra điện áp cho công tơ kiểm (13) Nối ngắn mạch dòng điện (14) Khối nguồn Các bộ phận tiêu chuẩn của bàn kiểm.

1) Bộ nguồn 3 pha; 2) Bộ khung đỡ công tơ 3 pha (bao gồm: bộ gá công tơ, đầu đọc quang điện, hiển thị sai số, các cổng nhận xung và truyền thông); 3) Công tơ chuẩn; 4) Cáp xung đầu vào; 5) Cáp truyền thông RS232; 6) Các phụ kiện khác dùng để vận hành bàn kiểm. Sơ đồ nguyên lý làm việc: Giới thiệu: a) Bộ tạo tín hiệu Khung đánh dấu được bao gồm các bộ tạo tín hiệu. Bộ tạo tín hiệu được trang bị với công nghệ dạng sóng DDS (điều chế tấn số điện tử, điều chế biên độ và điều chế góc pha). Bộ vi xử lý MCU là phần trung tâm của bộ phát tín hiệu, nó cũng là bộ phận trung tâm của bàn kiểm công tơ, bộ tạo tín hiệu tạo ra tín hiệu sóng dạng sin với độ ổn định cao và tín hiệu đó được đưa đến bộ khuếch đại điện áp và bộ khuếch đại dòng điện.

GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 8 b) Bộ khuếch đại Bộ khuếch đại công suất có tính năng làm việc ổn định, tin cậy nhờ công nghệ khuếch đại PWM và được thiết kế với bộ bảo vệ khi có ngắn mạch mạch tạo điện áp hoặc hở mạc trên mạch tạo dòng điện. c) Đo lường Sai số của công tơ kiểm được xác định bằng cách so sánh với công tơ chuẩn. Hướng dẫn sử dụng chế độ điều khiển từ bàn phím 4.1 Mô tả bàn phím và các biểu tượng hiển thị. GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 9 Fl: Kiểm độ nhậy F2: Kiểm tự lên số (tự lên số) 5% ~ 600%, Imax, 0.5Imax: Chọn điểm tải kiểm UI: Bắt đầu phát điện áp và dòng điện 0 ~ 9: Các phím số 0.5C: Chọn hệ số công suất .: Phím dấu ABC, A, B, C: Chọn chế độ pha kiểm  Chuyển lên/ xuống, tăng/ giảm giá trị điện áp, dòng điện Enter  Đặt thông số kiểm, thông số hệ thống Set: Trở về trang trước ESC: Thay đổi giá trị đầu ra điện áp, dòng điện Adj: 4.2 Màn hình ban đầu Khi bật nguồn cho thiết bị, trên màn hình hiển thị bộ điều khiển xuất hiện: GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 10 4.3 Màn hình chính Sau khi hiển thị thông số đầu tiên về hệ thống, màn hình chính sẽ xuất hiện như sau: (1) Kiểu công tơ kiểm (style) (2) Thứ tự pha (3) Đầu ra dòng điện các pha (4) Trạng thái đầu ra (5) Giá trị đầu ra thực tế (6) Thông số công tơ kiểm (7) Dạng sóng đầu ra (8) Thông tin trợ giúp (9) Vùng hiển thị sai số 4.

Cài đặt thông số công tơ kiểm và thông số hệ thống 4. Bảng chọn các thông số GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 11 Ấn phím thiết lập ‘set’ để vào mục cài đặt các thông số ‘Parameter setting menu\ Bảng chọn cài đặt tham số hiển thị như hình bên dưới, lựa thực đơn con để cài đặt tham số công tơ kiểm hay tham số về hệ thống.: Thông số công tơ kiểm, WareForm Select: Chọn dạng sóng, StartUpCreepPara: Các thông số kiểm chế độ độ nhậy, tự lên số, System Para.: Các thông số hệ thống. Sử dụng phím  để lựa chọn thực đơn cài đặt. Ấn phím ESC để quay lại mình hình chính 4.

Chọn kiểu công tơ kiểm [Meter Para.] Chọn thực đơn ‘Meter Para.’ sau đó ấn phím Enter, trên màn hình LCD xuất hiện như sau: Lựa chọn loại công tơ kiểm phù hợp bằng phím lên xuống và ấn Enter để xác nhận, chuyển sang phần chọn thông số chi tiết của công tơ được kiểm. GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 12 4. Cài đặt thông số công tơ kiểm [Meter Pcira.] Lựa chọn loại công tơ kiểm, sau đó ấn phím ‘Set’ hoặc phím ‘Enter’ để cài đặt tham số công tơ kiểm, màn hình sẽ xuất hiện như bên dưới: Sử dụng phím  để lựa chọn mục cần cài đặt, dùng các phím số và phím dấu để nhập thông số cài đặt. Ấn ti hoặc ESC khi xác nhận giá trị đầu vào, ấn ESC đế xác nhận thông số đầu vào và trở về màn hình thực đơn trước.

‘C1" là hằng số công tơ được kiểm, ‘N’ là số vòng kiểm khi điện áp đầu ra là 100% Un và dòng điện đầu ra là 100%Ib, ‘Nmax’ là số vòng kiểm lớn nhất, ‘Nmin’ là số vòng kiểm nhỏ nhất, ‘Class’ là cấp chính xác của công tơ kiểm. Chọn dạng sóng [WareForm Select] Lựa chọn thực đơn 4Waveform Select.’ sau đó ấn phím ‘Set’ hoặc phím ‘Enter’ màn hình sẽ hiển thị như sau: GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 13 Sử dụng phím  để lựa chọn dạng sóng của dòng điện đầu ra Dạng sóng (Sine Wave): Dạng sóng của điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra là sin. Sóng hài con (Sub Harmonic): Dạng sóng của điện áp đầu ra là sin và dòng điện đầu ra là dạng hài phụ. Pha tích cực (Phase Fired): Dạng sóng của điện áp đầu ra là sin và dòng điện đầu ra là dạng hài bậc lẻ.

Sóng hài (Harmonic.): Dạng sóng của điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra có thể bao gồm cả sóng hài. Nếu người dùng lựa chọn sẽ phát hài đầu ra, ấn phím ‘Enter’ màn hình dưới đây sẽ xuất hiện, tại đây có thể lựa chọn tham số của hài bao gồm bậc và thành phần hài. Sử dụng phím  để lựa chọn mục cần cài đặt, dùng các phím số và phím dấu để nhập thông số cài đặt. Ấn  hoặc ESC khi xác nhận giá trị đầu vào, ấn ESC để xác nhận thông số đầu vào và trở về màn hình thực đơn trước 4.

Thông số kiểm độ nhậy/tự lên số [StartUp/CreepPara] GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 14 Chọn thực đơn ‘Starting up Creep para.\ ấn phím ‘Set’ hoặc ‘Enter’, màn hình sau sẽ xuất hiện: Sử dụng phím  để lựa chọn mục cần cài đặt, dùng các phím số và phím dấu để nhập thông số cài đặt. Ân  hoặc ESC khi xác nhận giá trị đầu vào, ấn ESC để xác nhận thông số đầu vào và trở về màn hình thực đơn trước. - Creep Voltage: Điện áp đặt vào công tơ kiểm khi kiểm tự lên số - Creep Current: Dòng điện khi kiểm tự lên số, thông thường dòng điện bằng ‘0" - Creep Time: Thời gian kiểm tự lên số. - Startup Current: Giá trị dòng điện của bước kiểm tra độ nhạy - Startup Time: Thời gian bước kiểm độ nhạy 4.

Thông số hệ thống [Svstem Para.] Lựa chọn thực đơn ‘SystemPara.’, ấn phím ‘Set’ hoặc ‘Enter’ để thiết lập các thông số cho thiết bị kiểm, màn hình sau đây sẽ xuất hiện: Mật khẩu mặc định của thiết bị là “6003”. Sau khi nhập đúng mật khẩu, màn hình GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 15 xuất hiện như sau: System parameter: Thông số hệ thống bao gồm vị trí công tơ, lựa chọn màn hình hiển thị, các thông số hệ thống khác. Output Parameter: Các thông số điện áp, dòng điện đầu ra. Output Parameter Auto Test: Các thông số điện áp, dòng điện đầu ra kiểm tự động.

Thiết lập thông số hệ thống Chọn ‘SystemPara’, màn hình xuất hiện như sau: Meter positions: số vị trí công tơ kiểm. Find mark function: Chức năng tự động tìm điểm đen khi kiểm độ nhậy, tự lên số. Disp Selection: Chọn thông tin hiểm thị trên màn hình LCD, khi chọn "Power" công suất đầu ra sẽ hiển thị trên LCD, nếu chọn ‘Phase’, góc pha giữa điện áp và dòng điện sẽ xuất hiện trên LCD. Auto adjust: khi bàn kiểm phát điện áp và dòng điện, phần mềm sẽ đọc giá trị thực tại đầu ra, nếu giá trị đầu ra khác với giá trị đặt, khi chức năng này đang được bật, phần mềm điều khiển sẽ điều chỉnh giá trị đầu ra về giá trị đặt.

GVHD TS: Đỗ Anh Dũng SVTH: Nguyễn Thị Phương Thảo Lớp DCL2401 16 Language: chọn ngôn ngữ sử dụng cho bàn kiểm.2 Thiết lập thông số đầu ra Chọn ‘Output Parameter’: màn hình sẽ xuất hiện như sau: Ua,Ub và Uc: hệ số biên độ điện áp đầu ra Ia, Ib và Ic: hệ số biên độ dòng điện đầu ra QUAUB, QUAUC, QUAIA, QUBIB, QUCIC: hệ số góc pha Iqa, Iqb and Iqc: hệ số bù dòng điện đầu ra (các hệ số này có tác dụng khi dòng điện đầu ra nhỏ hơn 0. Khi các hệ số này bị thay đổi, giá trị đầu ra sẽ bị thay đổi).