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.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. 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.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. 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.2 là sơ đồ mạch bảo vệ và tự động đóng máy biến áp dự phòng BA1.3 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. 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.
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. 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.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. Xác định một số tham số của mạch TĐD 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 (1.2) 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. 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.
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. 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 (1.5) 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. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng 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.
