Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu của hệ thống điện quốc gia, các nhà máy điện giữ vai trò khâu sản xuất trung tâm, quyết định trực tiếp đến tính ổn định và liên tục của nguồn cung năng lượng phục vụ mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đặc thù của ngành sản xuất điện năng là quá trình sản xuất diễn ra liên tục, sản phẩm điện không có thứ phẩm, không có sản phẩm hỏng hay sản phẩm dở dang, thời điểm sản xuất đồng thời là thời điểm tiêu thụ tức thời. Tại các nhà máy nhiệt điện đốt than quy mô lớn, máy phát điện đồng bộ kết hợp với lò hơi và tua bin hơi tạo thành chu trình nhiệt - điện phức tạp, đòi hỏi chế độ vận hành và kiểm soát kỹ thuật nghiêm ngặt nhằm ngăn ngừa các sự cố gây gián đoạn hệ thống.

Đồ án tốt nghiệp đại học ngành Điện Tự Động Công Nghiệp của tác giả Ngô Thế An (Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, năm 2017) được thực hiện tại Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng. Doanh nghiệp này là chủ đầu tư của hai cụm dự án:

  • Dự án Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng 1: Được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết định số 1186/QĐ-TTg ngày 13/12/2002, đặt tại xã Tam Hưng, huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng. Quy mô dự án gồm 2 tổ máy với tổng công suất $2 \times 300\text{ MW}$, tổng mức đầu tư điều chỉnh là 12.640 tỷ đồng. Hợp đồng EPC có hiệu lực từ ngày 26/11/2005, hoàn thành thực tế tổ máy số 1 vào ngày 15/11/2011 và tổ máy số 2 vào ngày 25/07/2011.
  • Dự án Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng 2: Triển khai theo cơ chế đặc thù tại Quyết định số 1195/QĐ-TTg ngày 09/11/2005 của Thủ tướng Chính phủ và Quyết định số 31/QĐ-NĐHP-HĐQT ngày 15/03/2006 của Hội đồng Quản trị Công ty. Dự án có công suất $2 \times 300\text{ MW}$, tổng mức đầu tư 9.902,35 tỷ đồng, hoàn thành nghiệm thu hiệu chỉnh tổ máy số 3 vào ngày 31/07/2013 và tổ máy số 4 vào ngày 31/12/2013.

Toàn bộ nhà máy có tổng công suất thiết kế 1.200 MW gồm 4 tổ máy ($4 \times 300\text{ MW}$), vận hành theo sơ đồ khối độc lập (mỗi khối gồm 1 lò hơi, 1 tua bin và 1 máy phát điện do hãng Fuji chế tạo). Vấn đề nghiên cứu cốt lõi của đề tài là khảo sát tổng thể quy trình công nghệ chuyển hóa năng lượng trong nhà máy, đồng thời đi sâu nghiên cứu cấu tạo kỹ thuật, hệ thống thiết bị đo kiểm và quy trình vận hành an toàn của máy phát điện 300 MW cùng các hệ thống phụ trợ liên quan.

Mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể được văn bản xác định bao gồm:

  1. Tổng hợp cơ sở thực tiễn về lịch sử hình thành, cơ cấu tổ chức và quy trình sản xuất điện năng liên tục của Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng.
  2. Khảo sát cấu tạo kỹ thuật chi tiết của máy phát điện đồng bộ và các hệ thống phụ trợ (hệ thống làm mát bằng khí Hydro, hệ thống dầu chèn trục, hệ thống kích từ tĩnh, hệ thống gối đỡ và bôi trơn).
  3. Thu thập, phân loại các thông số vận hành bình thường, thông số cài đặt cảnh báo và giới hạn bảo vệ tự động của tổ máy.
  4. Trình bày chi tiết quy trình thao tác vận hành thực tế máy phát điện, tập trung vào trình tự chuẩn bị điều kiện khởi động và thao tác hệ thống nước làm mát tuần hoàn kín cho bộ làm mát Hydro.

Đối tượng nghiên cứu là máy phát điện công suất 300 MW và hệ thống thiết bị phụ trợ tại Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng. Phạm vi không gian nghiên cứu đặt tại thực địa nhà máy (xã Tam Hưng, huyện Thủy Nguyên, Hải Phòng), phạm vi thời gian dựa trên các tài liệu kỹ thuật, số liệu vận hành và hồ sơ hoàn công dự án tính đến thời điểm thực hiện năm 2017.

Cơ sở kỹ thuật và phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đồ án dựa trên các nguyên lý kỹ thuật điện cơ, nhiệt điện và tài liệu kỹ thuật chuẩn của nhà chế tạo:

  • Chu trình nhiệt Carnot và chu trình Rankine quá nhiệt trung gian: Giải thích quá trình chuyển hóa hóa năng của nhiên liệu (than cám, dầu FO) thành nhiệt năng trong lò hơi, cơ năng quay trục tua bin và điện năng phát ra từ máy phát điện.
  • Nguyên lý cảm ứng điện từ trong máy phát điện đồng bộ: Phân tích cấu trúc trường điện từ giữa Stator và Rotor 2 cực quay với tốc độ định mức 3000 vòng/phút.
  • Công nghệ cách điện thẩm thấu toàn phần trong chân không GVPI (Global Vacuum Pressure Impregnation): Áp dụng vật liệu cách điện cấp F, dải chắn vầng quang điện, băng Mica và nhựa Epoxy thẩm thấu sâu trong khe rãnh Stator.
  • Công nghệ làm mát kết hợp: Sử dụng khí Hydro ($H_2$) tuần hoàn cưỡng bức trong thân máy phát điện để làm mát Stator và Rotor, kết hợp với bộ trao đổi nhiệt khí - nước kiểu tuần hoàn kín.
  • Công nghệ bôi trơn và đệm kín thủy lực: Nguyên tắc duy trì chênh áp dương giữa áp suất dầu chèn và áp suất khí Hydro nhằm ngăn ngừa rò rỉ khí dễ cháy nổ ra môi trường không khí.
  • Căn cứ pháp lý và hồ sơ kỹ thuật: Quyết định số 1186/QĐ-TTg và 1195/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ; Hợp đồng EPC dự án Hải Phòng 1 và 2; Hồ sơ kết cấu máy phát điện hãng Fuji tài liệu số ING-M-2.1HR5-(1)-001-E (Generator Structure description); tài liệu vận hành bộ giám sát điện áp trục model VCM-EN; tài liệu kỹ thuật cảm biến hãng Okazaki.

Phương pháp nghiên cứu được tác giả triển khai bao gồm:

  • Phương pháp khảo sát, mô tả kỹ thuật: Trực tiếp thu thập tài liệu thiết kế cơ khí, sơ đồ công nghệ đường dẫn khí, nước, dầu và sơ đồ khối điện tại các phân xưởng của nhà máy.
  • Phương pháp phân tích và tổng hợp số liệu kỹ thuật: Thống kê, chuẩn hóa các dải đo lường, thông số làm việc bình thường và giá trị ngưỡng cảnh báo của hệ thống đo lường điều khiển phân tán DCS.
  • Phương pháp phân tích quy trình công nghệ: Lập trình tự các bước thao tác đóng, mở các van công nghệ trên tuyến ống làm mát theo đúng quy chuẩn vận hành của nhà sản xuất.

Nguồn dữ liệu sử dụng hoàn toàn là số liệu kỹ thuật gốc của tổ máy 300 MW, các hồ sơ nghiệm thu thực tế, bản vẽ kỹ thuật cơ điện của hãng Fuji và quy trình vận hành nội bộ do Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng ban hành.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Máy phát điện tại Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng có công suất định mức 300 MW, cấu trúc cơ - điện và các hệ thống điều khiển, đo kiểm phụ trợ được thiết kế đồng bộ theo công nghệ của hãng Fuji:

Đặc tính cấu trúc cơ học và vật liệu

  • Khung và lõi Stator: Khung Stator là kết cấu hàn kín chịu áp lực, được thử nghiệm thủy lực ở áp suất 8 bar và kiểm tra kín khí bằng khí nén tại các mối hàn. Lõi thép Stator dập từ các lá thép Silic có độ thẩm từ cao, phủ sơn cách điện hai mặt, ghép chồng $1/2$ dưới áp lực lớn. Dọc trục lõi thép bố trí các ống thông gió hướng tâm được định vị bằng máy tính. Để giảm tổn thất do từ thông rò dọc trục, chu vi lõi ở hai đầu phía tua bin và vành góp giảm dần từng bước. Cuộn dây Stator dùng thanh dẫn đồng chuyển vị Roebel nhằm triệt tiêu hiệu ứng mặt ngoài, cách điện cấp F tẩm chân không GVPI. Hộp đấu nối gồm 6 sứ xuyên làm mát bằng khí $H_2$, gắn trên đĩa làm từ thép không từ tính nhằm giảm dòng điện xoáy.
  • Cấu tạo Rotor: Thân Rotor là khối thép non đặc chế tạo bằng phương pháp đúc chân không, quấn dây kích từ tạo thành 2 cực từ. Rotor được cân bằng động ở nhiều dải tốc độ và có khả năng chịu vượt tốc 120% tốc độ định mức (tương đương 3600 vòng/phút) liên tục trong 2 phút. Dây dẫn Rotor làm bằng đồng mạ bạc chống oxy hóa, có các lỗ tản nhiệt hướng kính và hướng trục. Vành băng đa ở hai đầu Rotor làm bằng thép không từ tính chịu lực cao, giữ chặt phần đầu cuộn dây chống lại lực ly tâm. Cánh dẫn hướng đầu vào (IGV) làm bằng hợp kim nhôm chịu lực, phủ lớp Alumite chống ăn mòn và lắp đĩa cách điện phủ Teflon để ngăn dòng điện rò.

Hệ thống phụ trợ và đo lường giám sát

  • Hệ thống làm mát khí Hydro: Sử dụng quạt hướng trục hợp kim nhôm gắn ở hai đầu Rotor bằng mộng đuôi én để cưỡng bức tuần hoàn khí $H_2$. Bộ trao đổi nhiệt $H_2$/nước gồm các ống đồng - nhôm gắn cánh tản nhiệt, lưu lượng nước tuần hoàn kín thiết kế khoảng $420\text{ m}^3\text{/h}$, nhiệt độ nước đầu vào cực đại $40^\circ\text{C}$.
  • Hệ thống đệm kín trục bằng dầu chèn: Khung gối trục trang bị vành chèn phủ kim loại trắng. Dầu chèn được bơm cấp vào rãnh hình vành khuyên ở áp suất cao hơn áp suất khí $H_2$ trong thân máy từ $0,8\text{ bar}$ đến $1,2\text{ bar}$, tạo màng dầu ngăn khí thoát ra ngoài.
  • Hệ thống kích từ tĩnh và chổi than: Sử dụng vành góp và chổi than đặt trong hộp quạt thông gió tuần hoàn hở. Khung đỡ chổi than dạng hộp cho phép nhân viên vận hành thay thế chổi than định kỳ khi tổ máy đang mang điện và chạy ở tốc độ định mức. Hệ thống trang bị bộ gia nhiệt vành góp tự động kích hoạt khi dừng máy để ngăn hiện tượng đọng sương bề mặt vành trượt.
  • Mạng lưới cảm biến giám sát kết nối về hệ thống DCS: Bao gồm các nhiệt điện trở Pt100 Okazaki đo nhiệt độ cuộn dây và không khí vành góp; cặp nhiệt điện loại K Okazaki đo nhiệt độ lõi Stator, rãnh Stator và kim loại gối trục; cảm biến độ rung trục kiểu từ FL-202 đo hai phương X và Y; bộ phát hiện rò rỉ chất lỏng kiểu phao công tắc; bộ giám sát lõi máy phát GCM-X hoạt động theo nguyên lý ion hóa dòng khí $H_2$; và bộ giám sát điện áp trục VCM-EN kết nối qua chổi nối đất.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng

Chương này khái quát quá trình hình thành, phát triển và cơ cấu bộ máy quản trị của doanh nghiệp, đồng thời thuyết minh toàn bộ dây chuyền nhiệt điện của nhà máy:

  • Lịch sử dự án: Quá trình thành lập công ty theo Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh số 0203000279 ngày 17/9/2002. Cơ cấu cổ đông ban đầu gồm EVN, TKV, Lilama, Bảo Việt và Vinaconex với vốn điều lệ 3.000 tỷ đồng; sau tháng 9/2004, Lilama và Vinaconex thoái vốn, EVN nắm giữ tỷ lệ chi phối trên 51%. Tiến độ thi công thực tế của 4 tổ máy thuộc 2 giai đoạn Hải Phòng 1 và 2 hoàn thành toàn bộ vào cuối năm 2013.
  • Cơ cấu tổ chức: Nhà máy áp dụng mô hình quản lý trực tuyến - chức năng gồm hai cấp (Ban Tổng Giám đốc và các đơn vị trực thuộc). Các phòng chức năng tham mưu gồm: Phòng Hành chính, Phòng Tổ chức lao động, Phòng Kỹ thuật, Phòng Kế hoạch vật tư, Phòng Tài chính kế toán. Các đơn vị trực tiếp sản xuất gồm 4 phân xưởng: Vận hành, Điện - Tự động, Nhiên liệu, Sửa chữa cơ nhiệt.
  • Dây chuyền công nghệ sản xuất điện năng:
    • Nhiên liệu chính là than cám 5 và 6a từ mỏ than Hòn Gai, Cẩm Phả; định mức tiêu hao thiết kế là $448\text{ g/kWh}$ (tương đương $3.225.600\text{ tấn than/4 tổ máy/năm}$). Nhiên liệu phụ trợ khởi động và đốt kèm khi tải dưới 65% công suất định mức là dầu FO; định mức thiết kế $2,18\text{ g/kWh}$ (tương đương $15.700\text{ tấn dầu/4 tổ máy/năm}$). Kho than có khả năng dự trữ $138.000\text{ tấn/dây chuyền}$, bảo đảm cho 2 tổ máy vận hành liên tục trong 23 ngày.
    • Chu trình hơi - nước khép kín: Nước cấp biến thành hơi bão hòa trong các ống sinh hơi bao quanh buồng lửa, tập trung tại bao hơi, đi qua 3 cấp quá nhiệt tạo hơi quá nhiệt dẫn sang tua bin cao áp, quay lại bộ quá nhiệt trung gian vào tua bin trung áp, tua bin hạ áp rồi ngưng tụ tại bình ngưng. Nước ngưng qua 3 bình gia nhiệt hạ áp, bình khử khí, bơm cấp, 3 bình gia nhiệt cao áp, bộ hâm nước rồi trở lại bao hơi.
    • Hệ thống xử lý chất thải: Bãi thải xỉ cách nhà máy 3 km, diện tích thiết kế đủ chứa 25 năm với lượng thải khoảng 1 triệu tấn tro xỉ/năm. Hệ thống khử bụi tĩnh điện đảm bảo bụi khói thải $<100\text{ mg/Nm}^3$, hệ thống khử lưu huỳnh FGD giữ nồng độ $\text{SO}_x < 500\text{ mg/Nm}^3$, buồng đốt phân cấp khống chế $\text{NO}_x < 1000\text{ mg/Nm}^3$.
    • Nước làm mát tuần hoàn: Khai thác từ nguồn nước lợ sông Giá với lưu lượng thiết kế $55\text{ m}^3\text{/s}$, dẫn qua kênh hộp bê tông dài 3 km, rộng 15 m làm mát bình ngưng (nhiệt độ nước tăng $8^\circ\text{C}$), sau đó xả ra hạ lưu sông Bạch Đằng với độ chênh nhiệt độ nguồn nước tiếp nhận từ $2^\circ\text{C}$ đến $3^\circ\text{C}$.

Chương 2: Tìm hiểu về Máy phát điện trong nhà máy Nhiệt điện

Nội dung chương 2 tập trung khảo sát cấu tạo cơ điện của máy phát điện và các hệ thống phụ trợ do hãng Fuji chế tạo, đồng thời lập danh mục các thiết bị đo kiểm và thông số vận hành:

  • Kết cấu máy phát điện: Phân tích chi tiết các thành phần cơ khí gồm khung Stator, mặt bích làm kín vòng chữ O, tấm ép dầm lõi thép Silic, cuộn dây cách điện GVPI, sứ xuyên ống dẫn đồng làm mát bằng $H_2$, nắp chắn và dẫn hướng quạt bằng hợp kim nhôm, thân Rotor thép rèn nguyên khối, nêm chèn rãnh, quạt hướng trục gắn mộng đuôi én, bạc lót gối đỡ bằng kim loại trắng, hệ thống vành chèn dầu thủy lực và chổi than kích từ.
  • Danh mục thông số vận hành và ngưỡng cảnh báo bảo vệ: Tác giả lập hệ thống bảng dữ liệu chi tiết phản ánh trạng thái chuẩn và các ngưỡng kích hoạt cảnh báo, chuyến sự cố trên hệ thống giám sát DCS:
Hạng mục thông số Đơn vị đo Giá trị bình thường Ngưỡng báo động / Trip
Nhiệt độ cuộn dây Stator $^\circ\text{C}$ $\approx 90$ $\ge 110$
Nhiệt độ lõi Stator $^\circ\text{C}$ $\approx 90$ $\ge 110$
Nhiệt độ rãnh Stator $^\circ\text{C}$ $\approx 90$ $\ge 110$
Nhiệt độ kim loại gối trục số 1, số 2 $^\circ\text{C}$ $\approx 90$ Cấp 1: $\ge 105$; Cấp 2: $\ge 120$
Nhiệt độ kim loại gối trục số 3 $^\circ\text{C}$ $\approx 80$ Cấp 1: $\ge 90$; Cấp 2: $\ge 120$
Nhiệt độ dầu bôi trơn gối trục $^\circ\text{C}$ $\approx 65$ $\ge 77$
Nhiệt độ khí $H_2$ ra khỏi bộ làm mát $^\circ\text{C}$ $48$ $\ge 53$
Nhiệt độ khí ra khỏi vành góp $^\circ\text{C}$ $-$ $\ge 70$
Áp suất khí $H_2$ trong thân máy phát $\text{barG}$ $3,0$ Thấp: $\le 2,85$; Cao: $\ge 3,3$
Áp suất nguồn cấp khí $H_2$ $\text{bar}$ $5 \div 7$ $\le 5,0$
Áp suất dầu chèn trục $\text{barG}$ $6,2$ $\le 5,2$
Chênh áp giữa dầu chèn và khí $H_2$ $\text{barG}$ $1,2$ $\le 0,8$ (hoặc cài đặt $\le 0,5$)
Áp suất đầu đẩy bơm dầu chèn AC $\text{barG}$ $8,0$ $\le 7,2$
Áp suất đầu đẩy bơm dầu chèn DC $\text{barG}$ $8,0$ $\le 7,0$
Áp suất chân không bể dầu chèn $\text{barG}$ $-0,7$ $\le -0,55$
Chênh áp qua phin lọc dầu chèn $\text{barG}$ $0,2$ $\ge 0,6$
Độ sạch khí $H_2$ trong thân máy phát $%$ $\ge 97$ $\le 90$
Độ rung gối trục (ở 3000 vòng/phút) $\mu\text{m}$ $-$ Báo động: $\ge 125$; Trip: $\ge 250$
Mức rò rỉ chất lỏng trong thân máy $\text{cc}$ $-$ $\ge 1000$
  • Đặc tính thiết bị đo lường phụ trợ:
    • Cặp nhiệt điện loại K và nhiệt điện trở Pt100 của hãng Okazaki được bố trí 6 phần tử cho mỗi pha hoặc mỗi cụm gối trục, dải đo nhiệt độ $0 \div 200^\circ\text{C}$ hoặc $0 \div 100^\circ\text{C}$.
    • Cảm biến đo rung kiểu từ FL-202 gồm 6 cảm biến chia đều cho 3 gối trục theo hai phương ngang và đứng (X, Y), dải đo $0 \div 400\ \mu\text{m}$.
    • Bộ giám sát lõi GCM-X: Làm việc theo nguyên lý ion hóa dòng khí $H_2$, ngưỡng bình thường đạt 80% thang đo, phát tín hiệu báo động khi sụt giảm xuống 50% thang đo, chênh áp nhỏ nhất $102 \div 127\text{ mm}$ cột nước, nguồn cấp $85 \div 250\text{ VAC}$, tín hiệu xuất chuẩn $4 \div 20\text{ mA}$.
    • Hộp điện trở triệt tiêu điện áp trục gồm 3 điện trở công suất 1100 W tương ứng với các cấp dòng điện 5 A ($0,02\ \Omega$), 10 A ($0,01\ \Omega$) và 20 A ($0,005\ \Omega$).

Chương 3: Quy trình vận hành Máy Phát Điện

Chương này trình bày các yêu cầu chuẩn bị và trình tự công nghệ khi đưa máy phát vào vận hành:

  • Yêu cầu tổng quan: Sự làm việc tin cậy của máy phát quyết định trực tiếp tới an toàn của hệ thống điện. Tổ máy công suất lớn bắt buộc phải được trang bị đầy đủ các rơle bảo vệ chống sự cố nội bộ cuộn dây cũng như sự cố lưới ngoài.
  • Thao tác nạp nước làm mát tuần hoàn kín cho bộ làm mát khí Hydro: Đây là điều kiện kỹ thuật tiên quyết trước khi đưa hệ thống làm mát vào làm việc:
    • Bước 1: Kiểm tra trạng thái đóng hoàn toàn của các van cấp nước làm mát (PGB12-001, 002, 003, 004), van trở về (PGB22-001, 002, 003, 004), các van xả khí (PGB22-501, 502, 503, 504) và hệ thống các van xả đọng đáy (PGB22-801 đến PGB22-812).
    • Bước 2: Mở đồng thời các van cấp nước làm mát PGB12-001 đến 004 và các van xả khí đỉnh PGB22-501 đến 504 để nước điền đầy các khoang trao đổi nhiệt, đẩy toàn bộ lượng khí tồn đọng ra ngoài khí quyển.
    • Bước 3: Duy trì mở van xả khí cho đến khi xuất hiện dòng nước liên tục không còn bọt khí, sau đó đóng chặt các van xả khí PGB22-501 đến 504.
    • Bước 4: Mở van cấp nước tuần hoàn chính PGB12-001 đến 004 để thiết lập chu trình làm mát liên tục với lưu lượng khoảng $420\text{ m}^3\text{/h}$.

Kết quả và đóng góp của đồ án

Từ các nội dung nghiên cứu thực tế tại hiện trường nhà máy, đồ án đã đạt được những kết quả cụ thể:

  • Hệ thống hóa đầy đủ cơ sở kỹ thuật và chu trình công nghệ của cụm nhà máy nhiệt điện đốt than 1.200 MW, xác lập mối liên kết dòng năng lượng từ khâu nhập nhiên liệu than bột qua hệ thống nghiền, lò hơi sinh hơi quá nhiệt, tua bin ngưng hơi và máy phát điện đồng bộ.
  • Cung cấp bản mô tả chi tiết, chính xác về cấu tạo cơ khí và đặc tính vật liệu của máy phát điện 300 MW chế tạo theo công nghệ tẩm cách điện chân không toàn phần GVPI của hãng Fuji Electric - dòng máy phát điện công suất lớn đầu tiên sử dụng công nghệ này tại Việt Nam.
  • Thiết lập bảng thông số vận hành tiêu chuẩn gồm 18 chỉ số kỹ thuật then chốt (nhiệt độ Stator, lõi, gối trục; áp suất dầu chèn, áp lực và độ tinh khiết $H_2$; mức rung trục; dòng rò chất lỏng) kèm theo các giá trị ngưỡng cảnh báo cấp 1, cấp 2 và tác động dừng máy khẩn cấp (Trip) gửi về DCS.
  • Chuẩn hóa quy trình thao tác van đối với hệ thống làm mát tuần hoàn kín bằng mã định danh thiết bị thực tế (PGB12, PGB22), loại bỏ các sai sót thao tác cơ học khi khởi động hệ thống phụ trợ máy phát.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Nghiên cứu tập trung vào mô tả cấu trúc phần cứng và tổng hợp quy trình vận hành tĩnh của tổ máy 300 MW cụ thể do hãng Fuji chế tạo tại Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng; văn bản chưa cung cấp các số liệu thực nghiệm đo đạc đáp ứng động học khi hòa lưới hoặc dao động phụ tải thực tế.
  • Các nội dung về kịch bản xử lý sự cố phức tạp (như mất kích từ, rung trục vượt ngưỡng 250 $\mu$m, quá nhiệt gối trục cục bộ do lỗi hệ thống dầu nâng) mới dừng ở mức tiêu đề liệt kê trong mục lục mà chưa có số liệu diễn giải chi tiết trong phần văn bản được cung cấp.

Hướng phát triển tiếp được gợi mở từ phạm vi nghiên cứu:

  • Nghiên cứu sâu các thuật toán liên động điều khiển logic trên hệ thống điều khiển số DCS và cấu hình phối hợp bảo vệ rơle số đối với máy phát điện 300 MW khi vận hành song song với lưới điện 220 kV/500 kV quốc gia.
  • Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các chế độ làm mát Hydro ở các dải công suất phát khác nhau nhằm tối ưu hóa lượng tiêu hao dầu chèn và giảm thiểu thất thoát khí $H_2$.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên các ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật nhiệt điện: Sử dụng làm tài liệu nghiên cứu chuyên đề về kết cấu máy điện công suất lớn, quy trình công nghệ chu trình nhiệt Rankine và nguyên lý vận hành hệ thống dầu chèn - khí Hydro.
  • Kỹ sư, kỹ thuật viên vận hành nhà máy nhiệt điện: Tham khảo bảng thông số kỹ thuật chuẩn, dải đo của cảm biến nhiệt Okazaki, cảm biến rung FL-202, bộ kiểm tra lõi GCM-X và quy trình thao tác đóng mở cụm van nước làm mát PGB phục vụ công tác bảo dưỡng, vận hành an toàn tổ máy.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ cách điện cuộn dây Stator của máy phát điện tại Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng có đặc điểm gì nổi bật?
Toàn bộ cuộn dây Stator sử dụng cách điện cấp F, được chế tạo theo công nghệ thẩm thấu toàn phần cách điện trong chân không (GVPI). Các thanh dẫn đồng bên trong rãnh được bện theo phương pháp chuyển vị Roebel để giảm tổn thất do hiệu ứng mặt ngoài, quấn băng cách điện Mica và thẩm thấu nhựa Epoxy trong môi trường chân không. Đây là tổ máy phát điện đầu tiên tại Việt Nam được áp dụng công nghệ này.

2. Các ngưỡng nhiệt độ báo động đối với cuộn dây Stator, lõi từ và gối trục máy phát được quy định cụ thể là bao nhiêu?
Nhiệt độ cuộn dây Stator, nhiệt độ rãnh và nhiệt độ lõi Stator có giá trị vận hành bình thường khoảng $90^\circ\text{C}$, ngưỡng báo động kích hoạt khi $\ge 110^\circ\text{C}$. Nhiệt độ kim loại gối trục số 1 và số 2 có giá trị bình thường $\approx 90^\circ\text{C}$, báo động cấp 1 khi $\ge 105^\circ\text{C}$ và báo động cấp 2 khi $\ge 120^\circ\text{C}$. Đối với gối trục số 3, nhiệt độ bình thường $\approx 80^\circ\text{C}$, báo động cấp 1 khi $\ge 90^\circ\text{C}$ và cấp 2 khi $\ge 120^\circ\text{C}$.

3. Áp suất khí Hydro và chênh lệch áp suất dầu chèn trục được duy trì ở mức nào trong quá trình vận hành?
Áp suất khí Hydro ($H_2$) làm việc bình thường trong thân máy phát là $3\text{ barG}$ (ngưỡng báo động thấp là $\le 2,85\text{ barG}$, báo động cao là $\ge 3,3\text{ barG}$). Áp suất dầu chèn trục bình thường là $6,2\text{ barG}$. Độ chênh áp lực giữa dầu chèn và khí $H_2$ luôn được duy trì ở mức $1,2\text{ barG}$ (giới hạn cảnh báo khi sụt giảm xuống $\le 0,8\text{ barG}$ hoặc $\le 0,5\text{ barG}$ tùy theo cài đặt bảo vệ) để bảo đảm màng dầu làm kín liên tục, không cho Hydro rò ra ngoài.

4. Thiết bị giám sát lõi máy phát GCM-X và bộ gia nhiệt vành góp hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
Bộ giám sát lõi GCM-X hoạt động theo nguyên lý đo ion hóa dòng khí Hydro tuần hoàn để phát hiện sớm các phần tử cách điện bị quá nhiệt, bình thường tín hiệu ở mức 80% thang đo và cảnh báo khi giảm xuống 50% thang đo. Bộ gia nhiệt vành góp hoạt động tự động dựa trên cảm biến đo nhiệt độ bên trong hộp chổi than; khi máy phát ngừng chạy và nhiệt độ bên trong giảm xuống gần điểm đọng sương, bộ gia nhiệt sẽ tự động bật để chống ẩm đọng sương bề mặt vành trượt.

5. Giới hạn độ rung gối trục máy phát điện ở tốc độ định mức 3000 vòng/phút được cài đặt như thế nào?
Hệ thống sử dụng 6 cảm biến độ rung kiểu từ FL-202 (dải đo $0 \div 400\ \mu\text{m}$) lắp đặt theo hai phương X và Y trên 3 gối trục. Tín hiệu gửi liên tục về hệ thống DCS: giá trị cảnh báo độ rung cao kích hoạt khi biên độ rung đạt $\ge 125\ \mu\text{m}$, và lệnh dừng máy phát khẩn cấp (Trip) được tự động phát ra khi độ rung đạt ngưỡng $\ge 250\ \mu\text{m}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Ngô Thế An đã hệ thống hóa toàn diện dây chuyền công nghệ nhiệt điện đốt than 1.200 MW và đi sâu phân tích cấu tạo chi tiết của tổ máy phát điện đồng bộ 300 MW do hãng Fuji chế tạo tại Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng. Công trình cung cấp hệ thống số liệu vận hành định lượng, các ngưỡng bảo vệ nghiêm ngặt về áp suất, nhiệt độ, độ rung và độ sạch khí Hydro trên hệ thống điều khiển DCS. Các quy trình thao tác kỹ thuật, đặc biệt là quy trình nạp và xả khí hệ thống nước làm mát tuần hoàn kín, có tính ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp tài liệu kỹ thuật có giá trị cho công tác đào tạo và quản lý vận hành thiết bị nhiệt điện tại chỗ.