Bài viết khái quát vấn đề thiết kế chế tạo tủ ATS của các bạn trẻ, để đưa ra câu trả lời giải đáp thắc mắc của các bạn về độ tin cậy sản phẩm của mình được sử dụng trong thực tế.
Đôi nét về các tủ ATS hiện nay do các sư trẻ tích hợp:
Hiện nay, nhu cầu sử dụng máy phát điện công suất dưới 1000kVA cho các trạm viễn thông, cho các nhà hàng-khách sạn, trụ sở công ty,… là tương đối lớn. Chính đây là điều kiện để các kỹ sư trẻ dễ dàng có thể ứng dụng công nghệ cao trong việc thiết kế-chế tạo hệ thống tự động chuyển đổi nguồn điện. Trên thực tế, người viết bài này đã tiếp xúc rất nhiều các tủ ATS với ứng dụng PLC, LÔ GÔ, … là sản phẩm của các kỹ sư trẻ ngành điện-tự động hóa.
Tuy nhiên, sau một thời gian hầu hết các bạn đều thấy sản phẩm của mình bộc lộ nhiều nhược điểm mà khách hàng không thể chấp nhận được. Trong đó, chủ yếu là xảy ra hiện tượng:
- Không khởi động được máy phát khi điện lưới mất;
- Không TEST được quá trình khởi động máy phát để kiểm tra chất lượng dự phòng của máy phát điện khi điện lưới đang cung cấp nguồn cho tải qua tủ ATS. Muốn kiểm tra, vẫn phải cắt nguồn điện lưới;
- Không khởi động được máy phát khi chất lượng điện lưới kém như mất pha chẳng hạn;
- Tuổi thọ các khí cụ điện công suất rất thấp, đặc biệt thường cháy cuộn hút khi dùng contactor, mà nguyên nhân không phải do quá áp.
Vậy thì, phải chăng sản phẩm của các bạn trẻ chưa hoàn thiện? Qua khảo sát và thực tế tiếp xúc với các kỹ sư trẻ, người viết bài này thấy rằng: Căn nguyên của vấn đề là các kỹ sư trẻ ngành điện-tự động hóa chưa nghiên cứu kỹ về đối tượng điều khiển của tủ ATS, mà chỉ hiểu một cách đơn giản là: tích hợp tủ ATS sao cho đáp ứng:
- Khởi động máy phát điện và cấp điện từ máy phát cho tải khi điện lưới mất;
- Dừng máy phát và cấp điện từ lưới điện cho tải khi có điện lưới trở lại.
Cũng cần phải nói thêm để các kỹ sư trẻ ngành điện-tự động hóa của chúng ta thấy vấn đề tích hợp ATS “Dễ” hay “Khó”.
Chuyện là thế này: Sau một thời gian sử dụng máy phát điện (do Hãng Denyo-Nhật Bản chế tạo) và tủ ATS được tích hợp trong nước, Ngân hàng Công thương Việt Nam quyết định chuyển sang dùng máy phát và tủ ATS đồng bộ do Hãng Denyo-Nhật Bản cung cấp để trang bị nguồn điện dự phòng cho cơ sở mới của đơn vị tại Khu Công nghệ cao Láng-Hòa Lạc từ cuối năm 2008. Từ khi chính thức hoạt động đến 5/2009, luôn xảy ra hiện tượng:
- Không khởi động được máy phát khi điện lưới mất, mà trước đó (khoảng 10 ngày) thì khởi động được. Sau khi nạp lại ắc quy bằng bộ nạp ngoài thì khởi động được và sau 10 ngày lại xảy ra hiện tượng không khởi động được máy phát;
- “Dễ” suy ra rằng: có hiện tượng ắc quy phóng điện do phải đặt máy phát điện ở chế độ “RUN” với máy phát điện dùng khóa điện kiểu cơ khí, hoặc chế độ “AUTO” với máy phát có màn hình giám sát và các phím điều khiển. Nên“đương nhiên” là thay bộ nạp ắc quy có công suất lớn hơn là “được”. Với cách đặt vấn đề này, thoạt đầu tưởng là ổn, song sau khi thay bộ nạp ắc quy có công suất lớn hơn (đã tính chọn) thì dẫn đến hiện tượng tuổi thọ ắc quy giảm rõ rệt do luôn có hiện tượng “sôi” trong ắc quy khi người vận hành đưa cần gạt (đóng-cắt nguồn ắc quy”) về vị trí OFF.
Sau kiểm tra, nghiên cứu ATS và máy phát điện tại cơ sở này, người viết bài nhận thấy cần phải bổ sung một tủ ATS (tạm gọi là tủ ATS thứ cấp) kết hợp với tủ ATS đồng bộ với máy phát đã có và đã thực hiện được việc loại bỏ các hiện tượng trên (trong một dịp khác, người viết bài này sẽ giới thiệu nguyên lý hoạt động của tủ ATS thứ cấp này).
Vậy bản chất vấn đề là ở chỗ, phải tìm hiểu kỹ đối tượng điều khiển của ATS (đặc biệt là máy phát điện) để đưa ra đúng và đủ các yêu cầu kỹ thuật mà tủ ATS phải đáp ứng. Trên cơ sở các yêu cầu đó, mà tích hợp thiết bị điều khiển.
Các yêu cầu kỹ thuật thiết bị điều khiển ATS chất lượng cao phải có:
1. Tự động cắt mạch động lực của nguồn điện lưới và khởi động máy phát điện khi nguồn điện lưới bị lỗi (có thể là mất điện 1pha; 2 pha; 3 pha, đảo pha, lệnh pha quá cho phép);
2. Tự động đóng mạch động lực của nguồn điện máy phát cấp điện cho tải khi máy phát chạy ổn định;
3. Tự động dừng máy phát, cắt mạch động lực của nguồn điện máy phát và đóng mạch động lực của nguồn điện lưới để cấp điện cho tải khi nguồn điện lưới có trở lại và đảm bảo chất lượng;
4. Tự động dừng máy phát điện khi máy phát điện có sự cố, mà hai trường hợp tiêu biểu là áp suất dầu bôi trơn thấp hơn và nhiệt độ nước làm mát cao hơn cho phép;
5. Phải xuất được các xung điều khiển quá trình khởi động có độ rộng xung phù hợp, cách nhau một khoảng thời gian đủ để ắc quy tự phục hồi dung lượng. Thời gian khởi động không được quá dài, nếu khởi động lần thứ nhất không được thì sau một khoảng thời gian thì xuất xung khởi động tiếp theo và tối đa nên chỉ là 3 xung khởi động;
6. Đảm bảo có hai chế độ làm việc là “AUTO” và “MAN”. Có thể là công tắc xoay hoặc phím ấn để chọn chế độ làm việc;
7. TEST được quá trình khởi động máy phát điện khi điện lưới vẫn đang cung cấp điện cho tải qua tủ ATS;
8. Bộ nạp ắc quy phải đảm bảo duy trì trạng thái ắc quy đã được nạp đầy bằng tự động duy trì dòng nạp nhỏ và đáp ứng các chỉ tiêu khác cho đặc thù máy phát điện.
Đây là 8 yêu cầu kỹ thuật cơ bản cần phải có. 8 yêu cầu này phải được thực hiện nhanh, tin cậy (đặc biệt cho yêu cầu 7), đặc biệt khi máy phát là nguồn điện dự phòng chất lượng cao có tải là nhiều động cơ điện đòi hỏi khi mất điện lưới thì phải cấp điện máy phát trong khoảng thời gian mà tốc độ động cơ vẫn còn đạt trên 30% tốc độ định mức. Điều này rất hữu ích cho cả hệ thống tải và máy phát.
Để giải quyết tốt 8 yêu cầu trên với tính tác động nhanh, thì không gì hơn là ứng dụng công nghệ kỹ thuật số.
Ngoài ra còn cần phải có các yếu cầu về giám sát, đó là:
9. Cảnh báo áp lực dầu bôi trơn thấp hơn và nhiệt độ nước làm mát cao hơn cho phép của động cơ dẫn động máy phát điện;
10. Báo lỗi khởi động sau 3 lần khởi động không được;
11. Hiển thị bằng đèn hay số (thập phân) điện áp lưới và điện áp máy phát (có thể là 1 pha hay cả 3 pha, thường với điện máy phát là 1 pha và điện lưới là 3 pha).
Về mặt định lượng, một số yêu cầu kỹ thuật chất lượng cao trên được lượng hóa như sau:
Cho khí cụ điện chuyển mạch động lực:
- Khoảng thời gian chuyển nguồn (từ điện lưới sang điện máy phát và ngược lại): 180ms-250ms;
- Khoảng thời gian cắt mạch động lực điện lưới, kể từ thời điểm điện lưới bị lỗi: 50ms-100ms;
- Khoảng thời gian cắt mạch động lực điện máy phát, kể từ thời điểm điện lưới có trở lại: 50ms-100ms;
- Khoảng thời gian phục hồi điện: 60ms-110ms;
Khoảng thời gian trên phụ thuộc vào khí cụ điện chuyển mạch động lực là
contactor thông thường hay bán dẫn. Với việc sử dụng chuyển mạch nguồn bán dẫn thì khoảng thời gian nói trên được rút ngắn và tủ ATS hoạt động êm ái hơn so với dùng contactor thông thường.
Cho thiết bị điều khiển:
- Tốc độ điều khiển: 8 bit Microcontroller;
- Số lần chuyển đổi (đóng/cắt): đạt trên 10.000 lần;
- Tốc độ báo lỗi: 2s-3s;
- Số xung khởi động máy phát điện: 3;
- Thời gian chờ giữa hai lần khởi động (nếu lần khởi động kề trước không được): 10s-13s;
- Độ rộng xung khởi động: 5-8s;
Như vậy:
- Thời gian chạy máy phát không tải: 120s-150s;
- Thời gian chuyển nguồn điện lưới: 1s-3s;
- Thời gian chuyển nguồn điện máy phát (cho 1 lần khởi động được): 4-6s;
Cho thiết bị nạp ắc quy:
- Điện áp nạp 12VDC hay 24VDC với dòng nạp liên tục điều chỉnh được và tự động duy trì phù hợp với dung lượng cụ thể của ắc quy. Để đáp ứng điều kiện này, phải ứng dụng công nghệ điện tử-nạp chuyển mạch;
- Có hai chế độ nạp tự động và cưỡng bức;
- Bảo vệ quá trình khởi động;
- Trang bị chấu đầu ra, với chức năng nạp bình chết;
- Bảo vệ chống đảo cực;
- Tự động giới hạn dòng nạp khi khởi động động cơ;
- Chất lượng điện áp nạp: gợn sóng thấp;
- Nạp được cân bằng và nổi;
- Tự động ngắt điện khi điện áp ắc quy thấp hay không có điện áp đối ứng đủ lớn ở nguồn ra DC.
Với các yêu cầu kỹ thuật cụ thể nêu trên, các bạn kỹ sư trẻ ngành điện-tự động hóa hoàn toàn có thể:
- Xây dựng cấu hình, lựa chọn linh kiện,… để tự lắp một thiết bị điều khiển tủ ATS;
- Úng dụng công nghệ (sử dụng LÔ GÔ, PLC,…) kỹ thuật số, lập trình, cài đặt để LÔ GÔ hay PLC xuất các tín hiệu điều khiển mình mong muốn đến các khí cụ điện lực thuộc chuyển mạch nguồn động lực và hệ thống điều khiển khởi động/dừng máy phát điện.
Vài đặc điểm về hệ thống điều khiển động cơ dẫn động máy phát điện
Cùng với nguồn điện lưới, hệ thống điều khiển quá trình khởi động/dừng động cơ đốt trong (thường với máy phát 3 pha là động cơ diezel) là đối tượng cần điều khiển của tủ ATS. Vì vậy, việc hiểu sâu sắc nguyên tắc điều khiển cùng sơ đồ mạch điều khiển của từng loại động cơ là điều cần thiết đối với các bạn trẻ mong muốn hoàn thiện sản phẩm tủ ATS của mình.
Tựu trung, hệ thống điều khiển quá trình khởi động/dừng động cơ dẫn động máy phát có thể chia thành 2 loại ( theo loại phần tử điều khiển trên panel điều khiển máy phát)
- Hệ thống điều khiển kiểu cơ khí: việc thao tác điều khiển quá trình khởi động/dừng và giám sát các thông số kỹ thuật khi động cơ hoạt động được thực hiện qua khóa điện thường có 4 vị trí (là PREHEAT; STOP; RUN; START) và các đồng hồ kim hiển thị áp lực dầu; nhiệt độ nước; dòng nạp/phóng của ắc quy,… và các đèn cảnh báo áp lực dầu; nhiệt độ nước làm mát;…
Hệ thống điều khiển kiểu này có ưu điểm (rất phù hợp với điều kiện Việt Nam) là hoạt động tin cậy, bền, dễ quan sát. Nhưng có nhược điểm là kết nối với tủ ATS (chưa hoàn thiện, như đã nêu) sẽ bộc những hiện tượng đã nêu ở phần đầu bài viết này.
- Hệ thống điều khiển kiểu điện tử: việc thao tác điều khiển quá trình khởi động/dừng và giám sát các thông số kỹ thuật khi động cơ hoạt động (cũng như của máy phát điện) được thao tác qua các phím ấn và màn hình giám sát. Việc lựa chọn trang hiển thị thông số kỹ thuật và chế độ điều khiển (để kết nối với tủ ATS) được thao tác qua phím ấn.
Hệ thống điều khiển kiểu này có ưu điểm kết nối dễ dàng với tủ ATS và tủ ATS không cần phải có đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật như đã nêu, vì phần lớn các yêu cầu đó đã có sẵn trong hệ thống điều khiển kiểu này. Tuy nhiên, loại máy phát điện có hệ thống điều khiển kiểu này không được khách hàng Việt Nam ưa chuộng do rất hay hỏng khối điều khiển và màn hình hiển thị, vì đặc điểm môi trường Việt Nam và không gian trong máy phát điện khi chạy, cũng như điều kiện thực tế phổ biến về vị trí lắp đặt máy phát kết hợp lại. Chính vì vậy, loại máy phát điện này tuy rẻ nhưng vẫn không có thị trường và thậm chí khách hàng đã lỡ mua dùng đều có nhu cầu cải tạo lại theo kiểu cơ khí.
Vì thế, đối tượng máy phát điện trong bài viết này là loại điều khiển kiểu cơ khí.
Xem phần 2
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét