Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chiến lược công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành giao thông vận tải biển đóng vai trò thiết yếu đối với nền kinh tế quốc dân. Với lợi thế đường bờ biển dài, ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam từng bước nâng cao năng lực đóng mới các dòng tàu viễn dương có tải trọng lớn như tàu chở dầu, tàu hàng rời và tàu container. Trong đó, tàu container B170 (dung tích thiết kế 1700 TEU, thực tế chuyên chở 1730 TEU) đóng tại Tổng công ty Đóng tàu Thủy Bạch Đằng là dòng tàu container hiện đại và có kích thước lớn tại thời điểm chế tạo. Do tính chất chuyên dụng chở container, tàu đòi hỏi các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về độ ổn định thân tàu, rút ngắn thời gian làm hàng tại cảng, đảm bảo độ tin cậy liên tục của mạng lưới phân phối điện và mức độ tự động hóa buồng máy.

Đồ án tốt nghiệp thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu và phân tích kỹ thuật sau:

  1. Tổng quan các thông số hình học, tải trọng, động lực và phân bố dung tích hầm hàng của tàu container 1700TEU.
  2. Khảo sát cấu trúc nguồn điện tàu thủy gồm trạm phát điện chính, trạm phát điện sự cố, hệ thống biến áp, bộ nguồn ắc quy dự phòng và trạm cấp điện bờ.
  3. Phân tích kết cấu cơ khí và phân bố phụ tải trên 16 panel của bảng điện chính (Main Switchboard - MSB).
  4. Khảo sát sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch đo lường, mạch điều khiển đóng/mở áptômát và các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện chính (chế độ bằng tay, bán tự động qua rơle khối, tự động và sự cố).
  5. Phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR) kích từ không chổi than và các mạch bảo vệ, báo động sự cố điện áp, tần số, điện trở cách điện.
  6. Nghiên cứu sơ đồ công nghệ và mạch điều khiển của các hệ thống tự động phụ trợ: hệ thống nồi hơi phụ (tự động cấp nước, hâm sấy dầu đốt, duy trì áp suất hơi, kiểm soát đốt lò), hệ thống chữa cháy CO2 và hệ thống chống nghiêng tự động cân bằng tàu (Ballast/Anti-heeling).
  7. Khảo sát các hệ thống truyền động điện chuyên dụng gồm chân vịt mũi (Bow Thruster), hệ thống bơm la canh hút khô và hệ thống tời neo.
  8. Đi sâu phân tích chức năng, cấu trúc phần tử và đánh giá thuật toán điều khiển của hệ thống quản lý nguồn (Power Management System - PMS).

Đối tượng nghiên cứu là toàn bộ trang thiết bị điện, trạm phát điện và hệ thống quản lý nguồn trên tàu container 1700TEU. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong hồ sơ thiết kế kỹ thuật, bản vẽ thi công và quá trình lắp đặt thực tế tại Tổng công ty Đóng tàu Thủy Bạch Đằng trong đợt thực tập tốt nghiệp của tác giả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án dựa trên cơ sở lý thuyết truyền động điện tàu thủy, lý thuyết máy điện đồng bộ xoay chiều ba pha, nguyên lý kích từ tự kích không chổi than, lý thuyết điều khiển tự động quá trình nhiệt lực (nồi hơi) và quy phạm phân cấp, giám sát kỹ thuật tàu biển của Cơ quan Đăng kiểm.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp bản vẽ kỹ thuật: Trích xuất, dịch mã và giải tích chi tiết các sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển nhị phân, sơ đồ logic điều khiển đóng cắt áptômát từ hồ sơ thiết kế tàu B170.
  • Phương pháp thực nghiệm và đối chiếu thực tế: Thu thập thông số vận hành của thiết bị trong quá trình thực tập gần 3 tháng tại xưởng đóng tàu Bạch Đằng; phân tích các ngưỡng tác động bảo vệ (ngưỡng quá áp, thấp áp, quá tần số, sụt tần số, suy giảm cách điện).
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ thiết kế kỹ thuật số hiệu L40801, L40001, L40002, 631-1; bản vẽ bố trí bảng điện chính và tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của nhà chế tạo thiết bị cho tàu container 1700TEU.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống cung cấp và phân phối điện trên tàu container 1700TEU được thiết kế theo cấu trúc mạng phân phối hình tia kết hợp thanh cái phân đoạn:

Hạng mục thiết bị Thông số kỹ thuật danh định
Trạm phát chính 03 tổ máy phát Diezel - Máy phát đồng bộ không chổi than, công suất mỗi máy 1370 kVA, điện áp 450 V, dòng điện 1785 A (1758 A), 3 pha, tần số 60 Hz, $\cos\varphi = 0,8$.
Trạm phát sự cố 01 tổ máy phát Diezel sự cố, công suất 145 kVA, điện áp 450 V, dòng điện 190 A, 3 pha, tần số 60 Hz, $\cos\varphi = 0,8$.
Hệ thống biến áp 02 biến áp 3 pha công suất 115 kVA (450/231 V) cấp nguồn 220 V/60 Hz; 01 biến áp 40 kVA (450/231 V) liên kết bảng điện chính và bảng điện sự cố.
Trạm cấp điện bờ 01 hộp cấp điện bờ tiếp nhận nguồn 3 pha 440 V, 60 Hz, dòng định mức 800 A.
Nguồn ắc quy sự cố 01 bộ ắc quy kiềm 24 V - 108 Ah (điều khiển buồng máy); 01 bộ kiềm 24 V - 50 Ah (báo động buồng máy); 01 bộ kiềm 24 V (báo cháy); 01 bộ chì 24 V (phát thanh); 01 bộ chì 24 V (khởi động sự cố).

Bảng điện chính có chiều dài tổng thể 9648 mm, chiều cao 2216 mm, được bố trí phân đoạn thành 16 panel chức năng chuyên biệt:

  • Panel 1: Phân phối nguồn 3 pha 220 V / 60 Hz cấp cho hệ thống sinh hoạt, chiếu sáng buồng lái, buồng máy, hầm hàng, sấy thiết bị boong và trạm vô tuyến.
  • Panel 2 & Panel 16: Phân phối nguồn 3 pha 440 V / 60 Hz cho nhóm bơm phụ trợ số 1 và số 2 (bơm nước ngọt làm mát xylanh, bơm tuần hoàn nhiên liệu, bơm tăng áp FO/DO, bơm nước ngọt làm mát nhiệt độ thấp LT, bơm nước biển chính, bơm dầu nhờn LO).
  • Panel 3, 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15: Phân phối nguồn 440 V cho phụ tải công lực lớn gồm quạt thông gió hầm hàng/buồng máy, cẩu hàng boong số 1, 2, 3, máy nén khí, bơm cứu hỏa, hệ thống xử lý rác/nước thải sinh hoạt, hệ thống chống nghiêng, điều hòa không khí, chân vịt mũi, máy lái và các giắc cắm cấp nguồn cho 150 container lạnh (hộp cấp nguồn 8D, 9D, 14D đến 21D).
  • Panel 8, Panel 9, Panel 11: Khối điều khiển, giám sát và đóng ngắt cho 3 tổ hợp máy phát số 1, số 2 và số 3.
  • Panel 10: Panel hòa đồng bộ tập trung, kiểm tra tham số lưới và tiếp nhận kết nối nguồn điện bờ.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I - Chương 1: Giới thiệu chung container 1700TEU

Chương 1 trình bày toàn diện các thông số kỹ thuật của tàu container 1700TEU (ký hiệu B170):

Đại lượng / Thông số Giá trị thiết kế
Chiều dài toàn bộ ($L_{max}$) 184,10 m
Chiều dài giữa hai đường vuông góc ($L_{pp}$) 171,94 m
Chiều rộng thiết kế ($B$) 25,30 m
Chiều cao mạn đến boong chính ($D$) 13,50 m
Chiều cao mạn khô 9,889 m
Mớn nước thiết kế ($T$) 9,85 m
Trọng tải tại mớn nước mạn khô 23.000 DWT (tỷ trọng nước biển $1,025\text{ t/m}^3$)
Dung tích chứa hàng $29.800\text{ m}^3$ (hàng rời), $29.600\text{ m}^3$ (hàng kiện)
Tổng thể tích 4 hầm hàng $29.816\text{ m}^3$ (Hầm 1: 5153, Hầm 2: 10545, Hầm 3: 10883, Hầm 4: 3235 $\text{m}^3$)
Sức chứa container tiêu chuẩn 1730 TEU (634 TEU trong hầm hàng, 1096 TEU trên boong); 150 container lạnh
Dung tích các két chất lỏng Dầu nặng: $2230\text{ m}^3$; Dầu Diesel: $160\text{ m}^3$; Nước ngọt: $200\text{ m}^3$; Nước ballast: $7850\text{ m}^3$
Động cơ máy chính 6RTA62U, công suất 13.320 kW; công suất tại 90% MCR đạt 11.750 kW (115 vòng/phút)
Vận tốc thiết kế và tầm hoạt động 19,7 hải lý/h; tầm hoạt động 15.000 hải lý; suất tiêu hao nhiên liệu 173 g/kWh

Phần I - Chương 2: Trạm phát điện chính tàu container 1700TEU

Chương 2 tập trung phân tích cấu trúc trạm phát điện chính, mạch đóng cắt áptômát, hệ thống hòa đồng bộ, các khối bảo vệ và bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR):

                                  +------------------------------------+
                                  |   Bộ tự động hòa đồng bộ A1        |
                                  |   (Kiểm tra: |fMF - fLuoi| <= 0.3Hz)|
                                  +-----------------+------------------+
                                                    | (Lệnh ON)
                                                    v
+-------------------+   Kích đóng    +---------------------------------+   Cấp nguồn   +----------------+
|  Động cơ lên cót  | ------------> |    Áptômát chính Q1 (Khối XHI)   | ------------> | Thanh cái MSB  |
|       M (F11)     |  Cuộn hút YC  | (Giữ bởi YU, Cắt bởi S7 qua MN) |  (3x440V, 60Hz)| (Panel 1 - 16) |
+-------------------+               +---------------------------------+               +----------------+
  • Mạch điều khiển áptômát chính Q1: Sử dụng động cơ lên cót M (qua cầu dao F11), cuộn đóng YC, cuộn giữ điện áp thấp YU và cuộn ngắt YO/MN. Mạch tích hợp tiếp điểm liên động phụ XHI-S2, XHI-S4, XHIAV2 nhằm khóa chéo bộ sấy máy phát, ngắt mạch hòa đồng bộ khi đã đóng lên lưới và cấp nguồn cho rơle đo công suất phản tác dụng $KQ2$. Chế độ đóng ngắt được vận hành theo 3 chế độ (MANUAL, AUTO, SEMI) thông qua công tắc xoay S3.
  • Mạch hòa đồng bộ: Khảo sát 4 điều kiện hòa chính xác ($U_F = U_L$, $f_F = f_L$, $\varphi_F = \varphi_L$ và đúng thứ tự pha). Mạch tích hợp 3 phương thức kiểm tra: hệ thống đèn tắt, hệ thống đèn quay và đồng bộ kế P3 (cấu tạo lõi từ hình chữ Z nhận từ trường quay từ lưới và máy phát).
    • Chế độ hòa bằng tay: Người vận hành chỉnh tốc độ động cơ diezel qua công tắc S3 tác động động cơ servo M, theo dõi đồng bộ kế và hệ thống đèn tắt H01, H02, sau đó ấn nút S2/S8 để đóng Q1.
    • Chế độ bán tự động & tự động: Tín hiệu áp lưới (chân 1-3) và áp máy phát (chân 5-7) đưa vào bộ hòa tự động A1 (sơ đồ 1011). Khi sai lệch tần số nằm trong phạm vi $\Delta f \le 0,3\text{ Hz}$, bộ A1 phát tín hiệu xuất lệnh đóng "ON" cấp nguồn cho cuộn YC.
    • Chế độ hòa sự cố: Sử dụng mạch đèn tắt sự cố H2, H2.1 thông qua hai máy biến áp đo lường T22 và T23 (440V/24V).
  • Hệ thống bảo vệ và báo động trạm phát:
    • Báo động điện áp (Rơle K22): Quá áp $U_{cao} = 465\text{ V}$ ($106% U_{dm}$), sụt áp $U_{thap} = 396\text{ V}$ ($90% U_{dm}$), trễ thời gian 5 giây truyền tín hiệu về hệ thống giám sát trung tâm buồng máy.
    • Báo động tần số (Rơle K21): Tần số cao $f_{cao} = 66\text{ Hz}$, tần số thấp $f_{thap} = 57\text{ Hz}$, thời gian trễ 5 giây.
    • Báo động suy giảm điện trở cách điện (Khối K20): Lưới 440 V báo động khi $R_{cd} \le 0,5\text{ M}\Omega$ (trễ 4s); lưới 220 V báo động khi $R_{cd} \le 0,2\text{ M}\Omega$ (trễ 4s).
  • Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR): Máy phát điện chính sử dụng kích từ xoay chiều không chổi than, tự kích dựa trên từ dư ban đầu tạo ra sức điện động $2 \div 5% U_{dm}$. Tín hiệu điện áp và dòng điện tải được trích xuất qua biến dòng T6 và các cuộn phụ G3 đưa về bộ AVR so lệch với điện áp chuẩn $U_0$. Hệ thống đáp ứng các yêu cầu Đăng kiểm:
    • Chế độ tĩnh: Độ dao động điện áp không vượt quá $\pm 2,5%$ khi tải thay đổi từ $0 \div I_{dm}$ và không vượt quá $\pm 3%$ khi $\cos\varphi$ biến thiên.
    • Chế độ động: Khi đóng/ngắt tải đột ngột $60% P_{dm}$ với $\cos\varphi < 0,4$, độ sụt áp tức thời không vượt quá $-15% \div +20% U_{dm}$, thời gian phục hồi $t_{qd} \le 1,5\text{ s}$. Khả năng chịu quá tải đạt $1,5 P_{dm}$ trong thời gian tối thiểu 2 phút; sai số phân chia vô công giữa các máy phát song song $\le \pm 10%$.

Phần I - Chương 3: Các hệ thống tự động tàu container 1700TEU

Chương 3 đi sâu vào cấu tạo, khí cụ điện và sơ đồ công nghệ của 3 phân hệ tự động:

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                               HỆ THỐNG NỒI HƠI TỰ ĐỘNG                                            |
|                                                                                                   |
|  +---------------------------+  +--------------------------+  +--------------------------------+  |
|  | Cấp nước tự động          |  | Hâm sấy dầu FO/DO        |  | Tự động duy trì áp suất hơi    |  |
|  | - 2 Bơm M1G, M3G (9.0 kW) |  | - Điện trở sấy E4G       |  | - Bộ biến đổi A2D, công tắc A3B|  |
|  | - Cảm biến A3B, A6B, A9B  |  | - Cảm biến nhiệt độ B1B  |  | - Chế độ 1 vòi: Pmin - Pmax    |  |
|  | - Mức hmin -> Bơm chạy    |  | - Khống chế dải nhiệt:   |  | - Chế độ 2 vòi: Pmin1, Pmin2,  |  |
|  | - Mức hmax -> Bơm dừng    |  |   tmin <= t <= tmax      |  |                 Pmax2, Pmax1   |  |
|  +---------------------------+  +--------------------------+  +--------------------------------+  |
|                                                                                                   |
|  +---------------------------------------------------------------------------------------------+  |
|  | Chu trình tự động đốt lò (Bộ điều khiển A7A)                                                |  |
|  | Quạt gió thổi sạch buồng đốt (35s) -> Đánh lửa T4E (30s) -> Mở van dầu Y6E/Y14E             |  |
|  | -> Kiểm soát mắt quang lửa B9C/B12C -> Điều khiển Servomotor góc mở gió (0° - 50° - 60°)    |  |
|  +---------------------------------------------------------------------------------------------+  |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
  • Hệ thống nồi hơi:
    • Tự động cấp nước: Thực hiện bởi 2 bơm cấp nước M1G, M3G (công suất mỗi bơm 9,0 kW). Mức nước được giám sát qua bộ chỉ báo A3B, A6B, A9B, A10B và cảm biến A1D. Khi mức nước hạ xuống ngưỡng $h \le h_{min1}$, bơm tự động khởi động; khi đạt $h = h_{max}$, bơm dừng. Nếu mức nước giảm xuống mức nguy hiểm $h \le h_{min2}$ (qua A2B) hoặc $h \le h_{min3}$ (qua A8B), hệ thống kích hoạt rơle K7F, K8F ngắt khẩn cấp quá trình đốt lò.
    • Tự động hâm sấy nhiên liệu: Cung cấp nhiệt hâm nóng dầu nặng (FO) nhằm giảm độ nhớt phục vụ quá trình phun sương. Điện trở sấy E4G được đóng cắt tự động qua rơle K1F và contactor K2F, K3F dựa trên cảm biến nhiệt độ B1B để duy trì nhiệt độ trong dải $t_{min} \le t \le t_{max}$.
    • Tự động duy trì áp suất hơi: Sử dụng bộ biến đổi áp suất A2D và các rơle áp suất A3B, A6B. Khi đốt 1 vòi, áp suất duy trì giữa ngưỡng $P_{min} \le P \le P_{max}$. Khi đốt 2 vòi, hệ thống chuyển đổi qua các ngưỡng $P_{min1} < P_{min2} < P_{max2} < P_{max1}$ (đốt cao 2 vòi $\rightarrow$ đốt thấp 1 vòi $\rightarrow$ dừng đốt).
    • Quy trình đốt lò và bảo vệ: Điều khiển tự động qua bộ điều khiển A7A. Trước khi đánh lửa, quạt gió vận hành thông gió thổi sạch khí cháy tích tụ trong buồng đốt trong 35 giây. Biến áp đánh lửa T4E cấp điện trong 30 giây kết hợp mở van điện từ Y6E/Y14E. Cảm biến quang B9C, B12C theo dõi sự tồn tại của ngọn lửa; nếu mất lửa hoặc đánh lửa 3 lần không thành công, hệ thống khóa an toàn và yêu cầu nhấn nút Reset S3D sau khi xử lý. Servomotor điều chỉnh lưu lượng gió qua góc mở cánh gió: $0^\circ$ (dừng lò), $0^\circ \div 50^\circ$ (chế độ đốt 1 vòi), $60^\circ$ (chế độ đốt 2 vòi).
  • Hệ thống cứu hỏa CO2: Nguồn điều khiển 220 V / 60 Hz lấy từ bảng điện sự cố. Hệ thống bố trí các van xả CO2 chuyên dụng cho khoang lò đốt (công tắc S0.5, nút ấn S0.8), máy phát sự cố (S0.6, S0.9) và kho sơn (S0.7, S0.10, rơle K23.3). Quạt hút FAN1, FAN2 duy trì hút khí từ hầm hàng đưa qua bộ cảm nhận khói (Smoke Detection Unit) và bộ khuếch đại (Smoke Detection Repeater) để truyền tín hiệu về tủ trung tâm Fire Central Unit trên buồng lái và trung tâm điều khiển buồng máy ECC.
  • Hệ thống tự động cân bằng tàu (Ballast/Anti-heeling): Kiểm soát trạng thái nghiêng và cân bằng tải trọng trong quá trình làm hàng và hành trình. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens SIMATIC S7-300 với CPU 313C (sơ đồ L4001, L40002), cấp nguồn qua cầu dao F15 kết hợp bộ chỉnh lưu 24V/28V DC. Mạng điều khiển giám sát và thao tác đóng mở hệ thống van điện từ (ký hiệu từ B1 đến B34) và bơm ballast liên kết các két: két mũi, két 1, két 1A, các cặp két mạn và đáy đôi mạn trái/mạn phải số 2W, 2DB, 2AW, 2ADB, 3W, 3DB, 3AW, 3ADB, 4DB, 4W, 5W, 5DB và két đuôi lái.

Phần I - Chương 4: Các hệ thống truyền động tàu container 1700TEU

Chương 4 khảo sát các hệ thống truyền động điện chuyên dùng trên tàu:

  • Hệ thống điều khiển chân vịt mũi (Bow Thruster): Phụ tải công suất lớn cấp nguồn từ Panel 12 (áptômát 1207Q1) và Panel 14 (mạch thủy lực 1405Q1), phục vụ việc điều động tàu quay trở trong luồng hẹp và cập/rời cầu cảng.
  • Hệ thống bơm la canh (Bilge Pump): Trang bị bơm ly tâm hút khô buồng máy và hút khô hầm hàng (hầm 1 đến 4), cấp nguồn từ Panel 3 (áptômát 305Q1), Panel 5 (áptômát 507Q1) và Panel 6 (áptômát 605Q1).
  • Hệ thống tời neo (Windlass & Mooring Winches): Cấp nguồn từ Panel 13 (áptômát 1301Q1, 1302Q1 cho tời neo mũi trái/phải; 1303Q1, 1304Q1 cho tời neo lái trái/phải) và Panel 15 (1504Q1).

Phần II - Chương 5: Đi sâu tìm hiểu và phân tích hệ thống quản lí nguồn tàu container 1700TEU

Chương 5 là trọng tâm chuyên sâu của đồ án, tập trung vào cấu trúc và thuật toán của hệ thống quản lý nguồn (PMS - Power Management System):

  • Yêu cầu và chức năng cơ bản của PMS: Đảm bảo tính liên tục, an toàn và kinh tế của trạm phát điện tàu thủy tự động hóa cấp A1.
  • Các chức năng điều khiển chính:
    1. Tự động khởi động và dừng tổ máy phát theo phụ tải: Giám sát tổng công suất tiêu thụ; tự động khởi động máy phát dự phòng khi phụ tải vượt ngưỡng định trước và tự động dừng máy phát khi công suất lưới giảm xuống mức thấp để tối ưu hóa suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ diesel.
    2. Tự động hòa đồng bộ và chia tải: Phối hợp cùng bộ hòa tự động A1, khối phân phối công suất tác dụng DMU.10 và khối đo lường GMM.1018A để đưa máy phát vào lưới và phân chia đồng đều tải tác dụng (kW), tải phản tác dụng (kVAR) giữa các máy phát đang chạy song song.
    3. Tự động sa thải phụ tải (Load Shedding): Khi công suất trạm phát bị quá tải hoặc xảy ra sự cố dừng đột ngột một máy phát, hệ thống tự động cắt các nhóm phụ tải không quan trọng theo từng cấp ưu tiên (như sấy nước, quạt thông gió phụ, nhóm sưởi) nhằm duy trì nguồn điện cho các thiết bị an toàn hành hải và máy chính.
    4. Khởi động các phụ tải công suất lớn (Heavy Consumer Interlocking): Khóa liên động không cho phép khởi động trực tiếp các động cơ lớn (như chân vịt mũi, máy nén khí chính, cẩu boong) khi trạm phát chưa đủ dung lượng dự phòng; phát lệnh tự động khởi động thêm máy phát trước khi cho phép đóng tải lớn.
    5. Bảo vệ công suất ngược (Reverse Power Protection): Ngắt áptômát máy phát khi xảy ra hiện tượng máy phát biến thành động cơ điện kéo ngược diesel.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Làm rõ toàn bộ cấu trúc hệ thống điện của tàu container 1700TEU tải trọng 23.000 DWT, gồm 3 máy phát chính 1370 kVA, 1 máy phát sự cố 145 kVA, hệ thống biến áp 115 kVA và trạm điện bờ 800 A.
  • Giải mã và lập bảng thống kê chức năng, ký hiệu thiết bị của 16 panel trên bảng điện chính MSB dài 9648 mm; phân tích chi tiết sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển đóng ngắt áptômát tổ máy phát số 1 (sơ đồ 801).
  • Trình bày chi tiết nguyên lý làm việc và thông số chỉnh định của hệ thống hòa đồng bộ (3 chế độ), hệ thống tự động điều chỉnh điện áp kích từ không chổi than AVR và các ngưỡng báo động an toàn điện áp ($465\text{ V} / 396\text{ V}$), tần số ($66\text{ Hz} / 57\text{ Hz}$) và cách điện ($0,5\text{ M}\Omega / 0,2\text{ M}\Omega$).
  • Phân tích logic vận hành các hệ thống tự động phụ trợ: hệ thống nồi hơi (bơm cấp nước 9 kW, chu trình sấy quạt 35s, đánh lửa 30s, kiểm soát góc mở Servomotor $0^\circ - 50^\circ - 60^\circ$), hệ thống cân bằng tàu sử dụng PLC CPU 313C điều khiển 34 cụm van điện từ, hệ thống cứu hỏa CO2 buồng lái/buồng máy và các truyền động boong.
  • Hệ thống hóa các thuật toán logic của hệ thống quản lý nguồn PMS (tự động hòa đồng bộ, chia tải vô công/hữu công, tự động khởi động/dừng diesel, sa thải tải và khóa khởi động phụ tải lớn).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án chủ yếu tập trung vào việc đọc hiểu, phân tích sơ đồ nguyên lý thiết kế và khảo sát chức năng khí cụ điện theo hồ sơ thiết kế sẵn có của tàu B170; chưa đi sâu vào việc mô phỏng số học các quá trình quá độ của hệ thống điện trên máy tính hoặc khảo sát thực nghiệm các hư hỏng phức tạp trên bo mạch điện tử vi xử lý.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu thuật toán điều khiển số cho hệ thống PMS trên nền tảng PLC và mạng truyền thông công nghiệp (CAN/Modbus/Profibus); xây dựng các kịch bản mô phỏng sự cố lưới điện tàu thủy khi cắt tải đột ngột hoặc ngắn mạch trên thanh cái chính.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên ngành Điện - Điện tử tàu biển, Khai thác máy tàu thủy, Tự động hóa công nghiệp và Kỹ thuật đóng tàu tại các trường đại học hàng hải.
  • Kỹ sư thiết kế, cán bộ giám sát và kỹ thuật viên vận hành hệ thống điện tàu thủy tại các nhà máy đóng mới, sửa chữa tàu biển hoặc thuyền viên khai thác buồng máy trên các tàu container hiện đại.
  • Phần đáng tham khảo nhất là mục phân tích chi tiết 16 panel bảng điện chính, sơ đồ logic đóng cắt áptômát máy phát, nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh điện áp AVR và hệ thống cân bằng tàu ứng dụng PLC S7-300.

Câu hỏi thường gặp

1. Trạm phát điện chính trên tàu container 1700TEU gồm những thiết bị nào và thông số kỹ thuật ra sao?
Trạm phát điện chính gồm 03 tổ hợp Diesel - Máy phát điện đồng bộ không chổi than, tự kích từ, công suất mỗi máy là 1370 kVA, điện áp định mức 450 V, tần số 60 Hz, dòng điện định mức 1785 A (1758 A), 3 pha, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,8$.

2. Bảng điện chính (MSB) của tàu có kích thước bao nhiêu và được chia thành bao nhiêu panel?
Bảng điện chính có chiều dài 9648 mm, chiều cao 2216 mm, được chia thành 16 panel chức năng (Panel 1 cấp nguồn 220V; Panel 2 và 16 cấp nguồn cho 2 nhóm bơm làm mát/nhiên liệu; Panel 3, 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15 cấp nguồn 440V cho phụ tải công lực và container lạnh; Panel 8, 9, 11 điều khiển 3 máy phát chính; Panel 10 là panel hòa đồng bộ và tiếp nhận điện bờ).

3. Các ngưỡng tác động bảo vệ và báo động điện áp, tần số, cách điện của trạm phát điện chính được đặt ở giá trị nào?

  • Báo động quá áp tại $465\text{ V}$ ($106% U_{dm}$), sụt áp tại $396\text{ V}$ ($90% U_{dm}$), thời gian trễ 5 giây.
  • Báo động tần số cao tại $66\text{ Hz}$, tần số thấp tại $57\text{ Hz}$, thời gian trễ 5 giây.
  • Báo động điện trở cách điện thấp: mạng 440 V tác động khi $R_{cd} \le 0,5\text{ M}\Omega$ (trễ 4s); mạng 220 V tác động khi $R_{cd} \le 0,2\text{ M}\Omega$ (trễ 4s).

4. Quá trình tự động đốt lò nồi hơi diễn ra theo trình tự thời gian và điều kiện kỹ thuật như thế nào?
Trước khi đốt lò, quạt gió hoạt động thổi sạch khí cháy lưu trữ trong buồng đốt trong thời gian 35 giây. Sau đó biến áp đánh lửa T4E được cấp nguồn trong 30 giây kết hợp mở van điện từ vòi phun. Cảm biến quang theo dõi ngọn lửa; góc mở cánh gió của Servomotor được điều khiển ở $0^\circ$ (dừng lò), $0^\circ \div 50^\circ$ (đốt 1 vòi) và $60^\circ$ (đốt cả 2 vòi).

5. Hệ thống chống nghiêng tự động cân bằng tàu (Ballast/Anti-heeling) sử dụng thiết bị điều khiển nào?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens SIMATIC S7-300 với CPU 313C, nhận nguồn cấp 220V qua cầu dao F15 và bộ chỉnh lưu DC để điều khiển mạng lưới 34 cụm van điện từ (từ B1 đến B34) cùng hệ thống bơm ballast kết nối các két đáy đôi và két mạn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Đình Tiệp đã hoàn thành việc khảo sát, phân tích toàn diện hệ thống trang thiết bị điện trên tàu container 1700TEU đóng tại Tổng công ty Đóng tàu Thủy Bạch Đằng. Công trình làm rõ cấu trúc 16 panel bảng điện chính, nguyên lý mạch điều khiển đóng cắt máy phát, các phương thức hòa đồng bộ, bộ điều chỉnh điện áp AVR và các phân hệ tự động nồi hơi, cứu hỏa CO2, cân bằng tàu PLC S7-300. Điểm nhấn chuyên sâu của đồ án là việc phân tích các thuật toán logic của hệ thống quản lý nguồn PMS, góp phần củng cố cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm thực tế trong khai thác, thiết kế trạm phát điện tàu thủy hiện đại.