Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành giao thông vận tải, vận tải biển giữ vai trò huyết mạch trong lưu thông hàng hóa nội địa và quốc tế. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp đóng tàu tập trung phát triển các dòng tàu chở hàng có trọng tải lớn, tốc độ cao, tích hợp hệ thống trang thiết bị hiện đại và mức độ tự động hóa sâu nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và giảm thiểu sức lao động của thuyền viên. Việc tiếp cận, làm chủ các quy trình công nghệ và phân tích sơ đồ nguyên lý trang thiết bị điện - tự động hóa trên các con tàu hiện đại là yêu cầu cấp thiết đối với công tác đào tạo kỹ sư chuyên ngành Điện tàu thủy tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.

Đề tài "Trang thiết bị điện tàu San-Felice 34.000 T – Đi sâu nghiên cứu hệ thống điều khiển từ xa Diesel - Máy phát và bảo vệ trạm phát điện" do sinh viên Nguyễn Văn Miền thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Lê Văn Ba (Khoa Điện - Điện tử tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam) tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

  1. Khảo sát tổng quan thông số kỹ thuật vỏ tàu, bố trí thuyền viên và cấu hình trạm phát điện năng lượng của tàu hàng trọng tải 34.000 tấn.
  2. Phân tích chi tiết sơ đồ nguyên lý cấu tạo 11 panel của bảng điện chính (Main Switchboard - MSB), các mạch hòa đồng bộ, phân chia tải vô công và tải tác dụng.
  3. Nghiên cứu sơ đồ nguyên lý và thuật toán vận hành của các hệ thống điện tự động trên boong (hệ thống máy lái điện thủy lực tích hợp khối lái tự động PT500D-J-N2, hệ thống tời neo).
  4. Phân tích các phân hệ điện tự động dưới buồng máy phục vụ an toàn và sinh hoạt (hệ thống bơm cứu hỏa, bơm ballast, quạt thông gió buồng máy).
  5. Đi sâu nghiên cứu cấu trúc, mạch kết nối, thuật toán điều khiển tự động hóa quá trình khởi động, hâm nóng, dừng máy và các chế độ bảo vệ liên động cho tổ hợp Diesel lai máy phát Model 6N18AL-EV.
  6. Nghiên cứu các phương thức tự động điều chỉnh điện áp (AVR) và các giải pháp bảo vệ máy phát điện xoay chiều (quá tải, ngắn mạch, công suất ngược, điện áp thấp).
  • Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ hệ thống trang thiết bị điện, bảng điện chính, hệ thống tự động hóa máy lái, phụ tải buồng máy và trọng tâm là hệ thống điều khiển từ xa tổ máy Diesel - Máy phát điện cùng các rơle/mạch bảo vệ trạm phát điện.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Tàu chở hàng khô trọng tải 34.000 DWT mang tên San-Felice, được đóng mới tại Công ty Đóng tàu Phà Rừng (Việt Nam) theo đơn đặt hàng của đối tác Vương quốc Anh.
    • Thời gian: Công trình hoàn thành vào năm 2010 (dựa trên hồ sơ thiết kế thi công từ năm 2006, chuẩn bị bàn giao kỹ thuật).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu được triển khai dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật hàng hải quốc tế và cơ sở lý thuyết chuyên ngành:

  • Quy chuẩn và quy phạm kỹ thuật: Các quy định nghiêm ngặt của Đăng kiểm quốc tế và Đăng kiểm tàu biển áp dụng cho hệ thống máy lái thủy lực (thời gian bẻ lái từ $35^\circ$ mạn này sang $35^\circ$ mạn kia không vượt quá 28 giây; thời gian chuyển sang lái sự cố không quá 2 phút; sai số bẻ lái góc nhỏ trong khoảng $\pm 1^\circ$ và góc lớn $\pm 2{,}5^\circ$) và quy chuẩn trạm phát điện tàu thủy (độ dao động điện áp tĩnh duy trì trong phạm vi $\pm 2{,}5%$, độ sụt áp động không quá $15%$, thời gian hồi phục điện áp dưới 1 giây).
  • Khung lý thuyết điều khiển và thuật toán logic:
    • Lý thuyết tự động khống chế truyền động điện, biến tần điều khiển động cơ lồng sóc lai bơm thủy lực.
    • Thuật toán logic điều khiển tự động chu trình hâm nóng động cơ Diesel thông qua phương trình biến trạng thái logic: $hm(t) = t_{0\min} + hm(t-1) \cdot \overline{t_{0\max}}$.
    • Lý thuyết cân bằng tải trạm phát: phân chia tải tác dụng qua động cơ servo tác động thanh răng nhiên liệu và phân chia tải vô công bằng phương pháp nối dây cân bằng phía xoay chiều qua biến dòng và bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR).
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp phân tích sơ đồ mạch kỹ thuật: Đọc, phân tích, giải mã các bản vẽ thiết kế nguyên lý hệ thống điện lực, mạch logic rơle - tiếp điểm, mạch điện tử điều khiển vi xử lý (Engine Control Unit, Safety Unit, DEIF HAS-111DG, Yokogawa PT500).
    • Phương pháp tổng hợp và đối chiếu thực tế: Tổng hợp thông số định mức cơ khí, nhiệt, điện từ tài liệu hoàn công của tàu San-Felice 34.000 T.
  • Nguồn dữ liệu: Bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật, bản vẽ hoàn công hệ thống điện do Công ty Đóng tàu Phà Rừng và các nhà sản xuất thiết bị hàng hải (Yanmar, Yokogawa Densikiki, DEIF) cung cấp.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống năng lượng và điều khiển trên tàu San-Felice được thiết kế theo cấu trúc phân tán với độ dự phòng cao:

[Trạm phát điện chính: 3 x 570kW D/G] ----> [Bảng điện chính MSB: 11 Panel S1-S11]
                                                    |
         +------------------------------------------+------------------------------------------+
         |                                          |                                          |
[Phụ tải 440V Động lực]                    [Biến áp TR1, TR2]                      [Khối điều khiển & An toàn]
- Bơm làm mát, bơm cứu hỏa                      (440V / 220V)                      - Bộ vi xử lý Engine Control
- Tời neo, tời quấn cáp, cẩu hàng                   |                              - Safety Unit, PMS, DEIF HAS
- Máy lái biến tần & tự động PT500         [Panel 220V Feeder S11]                 - Mạch nối dây cân bằng AVR
  • Kiến trúc trạm phát điện: Cấu hình gồm 3 tổ máy phát điện chính công suất 570 kW (450V, 60Hz, 3 pha) và 1 máy phát điện sự cố công suất 125 kVA (100 kW, 450V, 60Hz). Bảng điện chính gồm 11 panel liên hoàn, quản lý hòa đồng bộ tự động/bán tự động và phân phối nguồn 440V/220V.
  • Kiến trúc điều khiển tổ máy Diesel Model 6N18AL-EV: Sử dụng hệ thống nguồn kép (nguồn chính AC 220V qua bộ chỉnh lưu DC 24V công suất 75W và nguồn ắc quy sự cố DC 24V). Cơ cấu chấp hành gồm van điện từ khởi động (FOR START), van dừng máy (FOR STOP), piston khí hạn chế nhiên liệu kết hợp động cơ quay khởi động bằng khí nén (Air Motor).
  • Tích hợp cảm biến và mạch an toàn: Hệ thống trang bị cảm biến nhiệt độ điện trở Pt100 (đo nhiệt độ nước làm mát, dầu bôi trơn, khí xả từng xi lanh và trước tua bin), cảm biến áp suất (dầu bôi trơn, nhiên liệu FO, khí điều khiển, khí khởi động) kết nối trực tiếp về 2 vỉ điện tử ENGINE CONTROL và SAFETY UNIT.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu chung và trang thiết bị điện tàu San-Felice

Chương này trình bày toàn diện các thông số kỹ thuật của tàu hàng San-Felice và thiết kế chi tiết trạm phát điện cùng bảng điện chính (MSB):

Thông số kỹ thuật tàu San-Felice Giá trị chi tiết
Chiều dài toàn bộ ($L_{OA}$) / Chiều dài hai đường vuông góc ($L_{PP}$) 180,00 m / khoảng 172,00 m
Chiều cao mạn / Chiều sâu 14,70 m
Mớn nước thiết kế / Mớn tải hàng nhẹ 9,75 m / 9,00 m
Trọng tải tương ứng mớn thiết kế / mớn nhẹ Khoảng 34.000 tấn / Khoảng 30.300 tấn
Dung tích khoang hàng (5 khoang) Tổng cộng: khoảng 45.500 $\text{m}^3$
Dung tích các két: FO / DO / Dầu nhờn / Nước ngọt / Ballast 1.700 $\text{m}^3$ / 200 $\text{m}^3$ / 50 $\text{m}^3$ / 250 $\text{m}^3$ / 15.000 $\text{m}^3$
Suất tiêu hao nhiên liệu hàng ngày (Máy chính / Máy phụ) Khoảng 26,4 tấn / Khoảng 2,0 tấn
Định biên thuyền viên 25 người

Trạm phát điện chính gồm 3 máy phát xoay chiều 3 pha đồng bộ, công suất định mức 570 kW (hoặc 600 kW trong sơ đồ nguyên lý), 450V, 60Hz, $\cos\varphi = 0{,}8$, 1200 vòng/phút, cấp cách điện F, kiểu vỏ kín nước chống nhỏ giọt IP23. Máy phát sự cố độc lập có công suất 125 kVA (100 kW), 1800 vòng/phút, không hòa đồng bộ với lưới chính.

Bảng điện chính (MSB) được tổ chức thành 11 panel chức năng:

  • S1 & S9: Panel nhóm khởi động phụ tải buồng máy số 1 và số 2 (No1 & No2 Group Starter Panel).
  • S2 & S10: Panel khởi động và cấp nguồn 440V Feeder (bơm cứu hỏa 40 kW, bơm làm mát nước biển, bơm dầu nhờn LO 30 kW, bơm làm mát máy chính mức thấp 45 kW).
  • S3 & S8: Panel cấp nguồn phụ tải động lực 440V (điều hòa không khí, máy nén khí, tời neo, tời quấn cáp, cẩu hàng CCR1 - CCR4, lò đốt rác, hộp nối điện bờ SCB).
  • S4, S6, S7: Panel máy phát điện số 1, 2 và 3 (No1, No2, No3 Diesel Generator Panel) trang bị aptomat chính QF, các biến dòng đo lường TA81.23, TA81.24, TA81.26, mạch điều khiển đóng cắt có động cơ lên cót M, cuộn đóng XF, cuộn giữ MN.
  • S5: Panel hòa đồng bộ (Synchro Panel) tích hợp vôn kế kép, tần số kế kép, đồng bộ kế (SYN), hệ thống đèn quay, rơle chọn thời điểm hòa DEIF HAS-111DG, công tắc điều khiển động cơ servo tốc độ (LOWER-OFF-RAISE).
  • S11: Panel phân phối điện áp 220V qua hai biến áp chính TR1 và TR2, cấp cho hệ thống chiếu sáng hầm hàng, buồng máy, buồng ở, đèn hành trình và thiết bị hàng hải.

Chương II: Một số hệ thống điện tự động trên boong

Chương II tập trung phân tích hai phân hệ điện tự động quan trọng trên boong:

  1. Hệ thống máy lái điện thủy lực:
    • Cấu tạo gồm 2 động cơ dị bộ ba pha rôto lồng sóc (M1, M2) lai 2 bơm thủy lực đảo chiều (P1, P2), điều khiển qua biến tần; các van an toàn V5–V8 (đặt mức $128 \div 160\text{ bar}$), van bảo vệ động cơ thủy lực V9–V10 (đặt mức $160 \div 200\text{ bar}$), cùng hệ thống van điện từ khóa thủy lực VA, VB.
    • Chế độ vận hành: Điều khiển tại chỗ (LOCAL) và từ xa (REMOTE), tích hợp mạch bảo vệ chống mất pha (khối F1), quá tải biến tần, mất nguồn điều khiển và giới hạn góc bẻ lái mạn trái/phải.
  2. Hệ thống lái tự động Model PT500 (PT500D-J-N2 của YOKOGAWA DENSIKIKI):
    • Vận hành qua 3 chế độ: Lái đơn giản (Non-Follow Up - NFU), Lái lặp (Follow Up / Hand Steering) và Lái tự động (Auto Steering).
    • Cơ chế lái lặp: Sử dụng cầu cân bằng điện trở với biến trở tay lái (Helm Transmitter $5\text{ k}\Omega$) và biến trở phản hồi góc lái gắn trên trụ lái ($5\text{ k}\Omega$). Tín hiệu lệch được chuyển đổi tỷ lệ dòng ($1\text{ mA}/1^\circ$) và áp ($0{,}1\text{ V}/1^\circ$), đưa vào mạch Servo Control Board khuếch đại, kích đóng mở các rơle bán dẫn công suất (S.SSR, P.SSR) để cấp điện cho các van điện từ S.SOL (lái phải) hoặc P.SOL (lái trái).
  3. Hệ thống tời neo và quấn cáp: Phân tích mạch lực, mạch sấy điện trở, các cấp bảo vệ quá tải và khống chế hành trình tời neo mạn trái/phải.

Chương III: Một số hệ thống điện tự động dưới buồng máy

Chương này phân tích mạch nguyên lý và điều khiển của ba cụm thiết bị phụ tải chính:

  1. Hệ thống bơm cứu hỏa (Bơm số 1 công suất 40 kW): Thiết kế vận hành 3 chế độ (MANU - AUTO - REMOTE), mạch sấy cuộn dây chống ẩm khi dừng máy và các mạch rơle bảo vệ sự cố áp lực nước.
  2. Hệ thống bơm Ballast: Phục vụ bơm hút, điều chỉnh mớn nước và cân bằng tàu với dung tích két 15.000 $\text{m}^3$, tích hợp điều khiển tại chỗ và từ xa qua bảng điều khiển van buồng máy.
  3. Hệ thống quạt thông gió buồng máy (Quạt số 1 và số 2):
    • Động cơ quạt có khả năng chạy đảo chiều (thuận - FWD / ngược - REV) thông qua các contactor chính KM1, KM4, KM5.
    • Hệ thống sử dụng rơle thời gian KT1, KT2, KT3 nhằm tạo trễ 10 giây khi khởi động trực tiếp và ngăn ngừa xung đột đảo chiều khi cánh quạt đang quay.
    • Bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt FT (ngắt tiếp điểm 95-96, đóng tiếp điểm 97-98 báo tín hiệu về máy tính PMS và kích hoạt đèn báo quá tải).

Chương IV: Khái quát chung về hệ thống điều khiển Diesel - Generator

Chương IV trình bày nền tảng lý thuyết và yêu cầu kỹ thuật đối với tự động hóa tổ máy Diesel lai máy phát tàu thủy:

  • Ưu điểm động cơ Diesel tàu thủy: Đạt hiệu suất có ích $40% \div 45%$ (vượt trội so với tuabin hơi $22% \div 28%$, máy hơi nước $\le 16%$, tuabin khí $\approx 30%$).
  • Bốn chức năng cốt lõi của hệ thống điều khiển:
    1. Tự động hâm nóng: Duy trì dải nhiệt độ $t_{0\min} < t_0 < t_{0\max}$ bằng điện trở sấy hoặc nước nóng tuần hoàn.
    2. Khởi động từ xa: Trải qua giai đoạn chuẩn bị (via máy, chạy bơm bôi trơn độc lập, kiểm tra an toàn) và giai đoạn khởi động (mở khí nén, cấp nhiên liệu hạn chế, kiểm tra tốc độ đạt ngưỡng $n_0 = 0{,}2 n_{\text{đm}}$ trong thời gian quy định; cho phép lặp lại $3 \div 4$ lần hoặc $4 \div 7$ lần trước khi khóa liên động báo lỗi Start Fail).
    3. Dừng máy: Dừng bình thường (giảm tải, cắt nhiên liệu) và dừng sự cố khẩn cấp (Emergency Stop - tác động cắt nhiên liệu tức thời khi mất áp lực dầu bôi trơn, nhiệt độ nước quá cao hoặc động cơ vượt tốc).
    4. Tự động kiểm tra, báo động và bảo vệ: Giám sát đa kênh các thông số bôi trơn, làm mát, nhiên liệu, khí xả và tốc độ quay.
Đại lượng / Vị trí cảm biến Ngưỡng tác động Chức năng hệ thống
Áp suất dầu bôi trơn xi lanh (Cửa ra của bơm) Min Báo động + Bảo vệ dừng máy
Nhiệt độ nước làm mát xi lanh (Cửa ra xi lanh) Max Báo động + Bảo vệ dừng máy
Áp suất nhiên liệu (Trước bơm cao áp) Min Báo động
Áp suất khí khởi động / khí điều khiển Min Báo động
Tốc độ quay động cơ Diesel Quá tốc (Over Speed) Báo động + Dừng máy khẩn cấp

Chương V: Hệ thống điều khiển Diesel - Generator tàu San-Felice

Chương này đi sâu vào thiết kế thực tế của tổ máy Diesel trên tàu San-Felice:

  • Thông số kỹ thuật động cơ Diesel lai máy phát:
    • Model: Yanmar 6N18AL-EV.
    • Công suất định mức / Tốc độ: 660 kW (897 PS) / 900 vòng/phút.
    • Số xi lanh: 6 xi lanh thẳng hàng; Đường kính / Hành trình piston: 180 mm / 280 mm.
    • Tốc độ piston trung bình: 8,40 m/s; Áp suất cháy cực đại: 17,65 MPa ($180\text{ kgf/cm}^2$).
    • Khả năng quá tải: $10%$ trong 60 phút (mỗi chu kỳ 12 giờ); Thứ tự nổ xi lanh: 1-4-2-6-3-5-1.
  • Các hệ thống phục vụ động cơ:
    • Hệ thống khí xả và khí khởi động: Van điện từ FOR START điều khiển khí nén A3 và A2 vào động cơ khí nén (Air Motor) kết hợp van điều tiết SPEED CONTROL VALVE và piston hạn chế nhiên liệu.
    • Hệ thống nước làm mát: Kết hợp vòng tuần hoàn hở (nước biển qua sinh hàn nước ngọt và làm mát khí nén) và vòng tuần hoàn kín (nước ngọt làm mát thân máy và sinh hàn dầu nhờn).
    • Hệ thống dầu bôi trơn & nhiên liệu: Bơm bánh răng chính (Gear Pump), bơm dầu mồi (Priming Pump), phin lọc, bơm cao áp phân phối dầu FO tới từng vòi phun.
  • Cấu trúc hộp điều khiển Diesel (trang bị riêng cho từng máy):
    • Tích hợp 2 vỉ xử lý điện tử chuyên dụng ENGINE CONTROL và SAFETY UNIT, cùng vỉ điều khiển bơm dầu mồi L.O PRIMING PUMP CONTROL BOARD.
    • Các ngưỡng bảo vệ dừng máy vật lý: Tiếp điểm nhiệt độ nước làm mát quá cao ($\ge 100^\circ\text{C}$), tiếp điểm áp lực dầu nhờn giảm thấp ($\le 0{,}30\text{ MPa}$), bảo vệ quá tốc từ tiếp điểm cảm biến SPR-12.
    • Các ngưỡng cảnh báo: Áp lực dầu cấp ban đầu $\le 0{,}02\text{ MPa}$, áp lực dầu FO $\le 0{,}45\text{ MPa}$, áp lực khí điều khiển $\le 0{,}65\text{ MPa}$, độ chênh lệch áp suất phin lọc dầu nhờn $\ge 0{,}09\text{ MPa}$, áp suất dầu bôi trơn tua bin tăng áp $\le 0{,}24\text{ MPa}$.

Chương VI: Máy phát điện và bảo vệ máy phát tàu San-Felice

Chương VI phân tích cấu tạo máy phát điện xoay chiều, hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR) và các rơle bảo vệ:

  1. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR) và phân chia tải vô công:
    • Sử dụng phương pháp đặc tính ngoài kết hợp phương pháp nối dây cân bằng phía xoay chiều.
    • Biến dòng TA81.24 trích tín hiệu dòng điện máy phát đưa vào cực K-L của bộ AVR. Cực K2-L2 của bộ AVR máy phát số 1 được nối nối tiếp với các cực K2-L2 của máy phát số 2 và số 3 thông qua các tiếp điểm phụ rơle K85.21 của aptomat chính. Khi chạy song song, độ lệch dòng vô công sẽ sinh dòng cân bằng chạy qua mạch K2-L2, tự động can thiệp dòng kích từ để san đều tải vô công giữa các tổ máy.
  2. Tự động điều chỉnh tần số và phân chia tải tác dụng:
    • Bộ quản lý năng lượng PMS nhận tín hiệu từ các bộ biến đổi công suất (Power Transducer), dòng điện (Current Transducer) và tần số (Frequency Transducer).
    • Khi có sự lệch tải tác dụng hoặc thay đổi tần số, PMS đóng tiếp điểm điều khiển rơle trung gian K89.3 hoặc K89.4, cấp nguồn DC 24V cho động cơ servo (Governor Motor công suất 20W) quay thuận hoặc nghịch để tăng/giảm thanh răng nhiên liệu Diesel.
  3. Các chế độ bảo vệ máy phát điện:
    • Bảo vệ quá tải và ngắn mạch: Tác động ngắt aptomat chính QF theo đặc tính thời gian phụ thuộc hoặc cắt tức thời.
    • Bảo vệ công suất ngược (Reverse Power Relay): Phát hiện dòng công suất truyền ngược từ lưới vào máy phát khi động cơ Diesel suy giảm công suất, tự động kích hoạt cắt máy phát ra khỏi thanh cái để tránh biến máy phát thành động cơ điện.
    • Bảo vệ điện áp thấp (Voltage Built-up Relay / Undervoltage Relay): Ngăn chặn đóng máy phát vào lưới khi điện áp chưa đạt ngưỡng quy định ($< 95% U_{\text{đm}}$) và ngắt liên động khi lưới điện bị sụt áp nghiêm trọng.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể từ hồ sơ thiết kế tàu San-Felice 34.000 T:

  • Khái quát và hệ thống hóa toàn bộ thông số kỹ thuật của tổ hợp trạm phát điện (3 máy phát chính 570 kW/450V/60Hz, 1 máy phát sự cố 125 kVA, động cơ lai Yanmar 6N18AL-EV 660 kW).
  • Giải mã tường tận sơ đồ nguyên lý 11 panel bảng điện chính, chỉ rõ đường truyền tín hiệu của mạch động lực, mạch điều khiển aptomat lên cót động cơ M, mạch hòa đồng bộ DEIF HAS-111DG và mạch liên động nguồn bờ SCB.
  • Phân tích chi tiết nguyên lý san tải tự động: Cơ chế nối dây cân bằng K2-L2 trên bộ AVR giúp duy trì cân bằng tải vô công và cơ chế điều khiển động cơ servo 24V 20W qua khối PMS giúp ổn định tần số và phân chia tải tác dụng.
  • Làm rõ cấu trúc mạch điều khiển máy lái điện thủy lực Yokogawa PT500D-J-N2 và thuật toán xử lý bảo vệ dừng sự cố 3 kênh chính của động cơ Diesel (nhiệt độ nước $\ge 100^\circ\text{C}$, áp lực dầu LO $\le 0{,}30\text{ MPa}$, vượt tốc).
  • Cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cho công tác đào tạo chuyên ngành Điện tàu thủy và làm tài liệu phục vụ quy trình chạy thử đường dài (sea trial), tiếp nhận và khai thác tàu San-Felice.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án chủ yếu tập trung vào phân tích lý thuyết giải mã sơ đồ nguyên lý mạch điện và cấu trúc điều khiển dựa trên hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn công; chưa có điều kiện thu thập số liệu đo đạc thực nghiệm về chất lượng điện năng, dạng sóng hài hay đáp ứng quá độ thực tế của trạm phát điện trong các điều kiện sóng gió khắc nghiệt ngoài biển.
  • Hướng phát triển: Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng thời gian thực cho hệ thống quản lý năng lượng PMS trên máy tính; nghiên cứu tích hợp các thuật toán điều khiển tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu cho các trạm phát điện tàu thủy hiện đại có cấu hình máy phát trục (Shaft Generator) hoặc năng lượng lai (Hybrid).

Giá trị tham khảo

Bản đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử tàu biển, Khai thác máy tàu thủy: Tham khảo phương pháp đọc hiểu, bóc tách sơ đồ nguyên lý bảng điện chính MSB 11 panel, sơ đồ hòa đồng bộ và mạch điều khiển máy lái tự động PT500.
  • Kỹ sư giám sát đóng tàu và sĩ quan điện (ETO) trên tàu biển: Ứng dụng trong việc tra cứu thông số kỹ thuật, bảo dưỡng định kỳ các rơle bảo vệ máy phát điện, căn chỉnh bộ điều tốc servo và xử lý sự cố hệ thống điều khiển tự động tổ máy Yanmar 6N18AL-EV.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu hình và thông số làm việc của trạm phát điện chính trên tàu San-Felice như thế nào?
Trạm phát gồm 3 tổ máy phát điện xoay chiều đồng bộ 3 pha, công suất mỗi máy 570 kW (hoặc 600 kW trong sơ đồ nguyên lý), điện áp 450V AC, tần số 60Hz, hệ số công suất $\cos\varphi = 0{,}8$, tốc độ định mức 1200 vòng/phút, cấp cách điện F, kiểu vỏ kín nước IP23. Chế độ khai thác: 1 máy khi hành trình bình thường trên biển hoặc tại cảng; 2 máy chạy song song khi khởi hành/cập bến hoặc lúc xếp dỡ hàng.

2. Cơ chế phân chia tải vô công tự động giữa các máy phát khi chạy song song hoạt động ra sao?
Hệ thống sử dụng biến dòng TA81.24 lấy tín hiệu dòng điện đưa vào các đầu K-L của bộ AVR. Cực K2-L2 của bộ AVR các máy phát được nối nối tiếp tạo thành đường dây cân bằng phía xoay chiều. Khi có sự chênh lệch tải vô công, dòng điện cân bằng sẽ xuất hiện chạy qua các cuộn K2-L2, tác động đồng thời lên mạch kích từ của các máy phát để tự động san đều tải vô công.

3. Các ngưỡng tác động bảo vệ dừng sự cố khẩn cấp (Trip) của động cơ Diesel lai máy phát Model 6N18AL-EV là gì?
Động cơ Diesel tự động kích hoạt van điện từ dừng máy (FOR STOP) để cắt nhiên liệu khẩn cấp trong 3 trường hợp: áp lực dầu bôi trơn giảm thấp $\le 0{,}30\text{ MPa}$, nhiệt độ nước làm mát tăng cao $\ge 100^\circ\text{C}$, hoặc khi động cơ rơi vào trạng thái quá tốc (Over Speed Trip qua cảm biến SPR-12).

4. Hệ thống máy lái tự động Yokogawa PT500D-J-N2 thực hiện phản hồi góc lái bằng phương pháp nào?
Hệ thống sử dụng mạch cầu cân bằng điện trở gồm biến trở đặt góc lái tại buồng lái (Helm Transmitter $5\text{ k}\Omega$) và biến trở phản hồi góc lái gắn trên trụ lái dưới buồng máy lái ($5\text{ k}\Omega$). Tín hiệu lệch góc được chuyển đổi thành dòng điện tỷ lệ ($1\text{ mA}/1^\circ$) đưa về mạch so sánh Servo Control Board để điều khiển đóng rơle bán dẫn SSR cấp điện cho van điện từ thủy lực cho đến khi góc lệch triệt tiêu.

5. Bảng điện chính (MSB) tàu San-Felice bao gồm những panel chức năng nào?
MSB gồm 11 panel: Panel nhóm khởi động tải buồng máy (S1, S9); Panel khởi động và cấp nguồn 440V (S2, S10); Panel phụ tải 440V Feeder (S3, S8); Panel máy phát điện số 1, số 2, số 3 (S4, S6, S7); Panel hòa đồng bộ (S5); và Panel phân phối điện áp 220V (S11).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Miền đã hoàn thành xuất sắc việc phân tích toàn diện trang thiết bị điện và đi sâu nghiên cứu hệ thống tự động hóa trạm phát điện tàu hàng San-Felice 34.000 DWT. Công trình làm sáng tỏ cấu tạo 11 panel của bảng điện chính, nguyên lý hòa đồng bộ DEIF HAS-111DG, cơ chế phân chia tải tác dụng và vô công cũng như mạch điều khiển bảo vệ động cơ Diesel Yanmar 6N18AL-EV. Các nội dung được trình bày có tính hệ thống cao, bám sát các bản vẽ thiết kế hoàn công thực tế và có giá trị tham khảo kỹ thuật quan trọng trong ngành kỹ thuật điện - điện tử tàu thủy.