Giải pháp kỹ thuật tích hợp hệ thống tự động chuyển đổi nguồn (ATS) chất lượng cao
Bài kỳ trước, đã nêu những yêu cầu kỹ thuật cơ bản phải đạt được khi tích hợp hệ thống tự động chuyển đổi nguồn (ATS) chất lượng cao. Nhưng còn một yêu cầu kỹ thuật nữa cần phải đạt được để phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam là tự động khống chế thời gian máy phát điện hoạt động và tự động chuyển đổi nguồn điện do máy phát điện cung cấp từ máy phát này sang máy phát khác và ngược lại khi thời gian điện lưới bị lỗi kéo dài.
Trạng thái điện lưới bị lỗi trong khoảng thời gian vượt quá chỉ tiêu thời gian hoạt động liên tục cho phép của máy phát, phải được tính đến và xử lý tốt ở những vùng (hoặc trong một khoảng thời gian tương đối dài, chẳng hạn: do cải tạo lưới điện, cắt điện luân phiên với thời gian tính từ ngày trở lên,…) mà nguồn điện năng do máy phát điện cung cấp lại trở thành nguồn điện chính và nguồn điện lưới lại trở thành nguồn điện dự phòng. Khi đó, phải tính chọn số lượng máy phát (đã đủ công suất) điện lên gấp đôi và hệ thống ATS phải có chức năng trên để tự động chuyển đổi nguồn điện do các máy phát điện khác nhau cung cấp.
Như vậy, phương pháp tư duy đối với việc tích hợp hệ thống ATS chất lương cao phải xuất phát từ cánh đặt vấn đề, coi nguồn điện lưới và nguồn điện máy phát là hai đối tượng được điều khiển. Trong đó, đối tượng nguồn điện máy phát lại gồm hai đối tượng: động cơ dẫn động và máy phát điện. Những đặc điểm kỹ thuật của hai đối tượng này đã được thể hiện qua những yêu cầu kỹ thuật cần phải đạt được đối với hệ thống ATS như đã nêu.
Sơ đồ khối chức năng mô tả hoạt động hệ thống ATS với máy phát điện là nguồn điện dự phòng như hình 1.
Trong đó:
- Mains Panel và Gen. Panel là tủ điện đầu ra biến thế hạ áp (thường gọi là tủ tổng) và tủ đầu cực máy phát (đồng bộ với máy phát), có chức năng đóng cắt (thường là bằng tay) nguồn điện lưới hoặc máy phát trong trường hợp vận hành hệ thống cung cấp điện bằng tay thuần túy. Thiết bị đóng cắt trong hai tủ này có thể là
áptômát (3 hoặc 4 Pole) hoặc là máy cắt (trong các nhà máy công nghiệp hiện đại, thường sử dụng máy cắt có tích hợp truyền thông để đảm bảo kết nối với hệ DCS hoặc SCADA;
- Mains Contactor và Gen. Contactor là hai thiết bị đóng/cắt nguồn có thể là độc lập (dùng hai contactor điện từ có khóa liên động điện) hoặc được tích hợp thành một khối (dùng chuyển mạch bán dẫn làm việc trong chế độ khóa), có chức năng tự động chuyển đổi nguồn điện từ điện lưới sang điện máy phát và ngược lại. Thực tế, nếu dùng chuyển mạch bán dẫn thì rất đắt (thường chỉ có trong các dự án đầu tư đồng bộ của các nhà đầu tư nước ngoài) nên chỉ cần sử dụng contactor điện từ là được;
- Control Unit là khối điều khiển kỹ thuật số, có vai trò quyết định đến chất lượng tự động chuyển đổi nguồn của hệ thống ATS. Khối này có các tín hiệu vào/ra tương tự và số như sau:
+ Tín hiệu vào Control Unit gồm:
• Điện áp pha ug (t) máy phát điện: có thể là cả 3 pha hoặc 1 pha. Thông thường chỉ cần lấy tín hiệu điện áp 1 pha là đủ vì hiếm có khả năng xảy ra hiện tượng lỗi điện áp máy phát trên cáp truyền tải điện năng từ máy phát tới tủ ATS. Tuy nhiên, khi cần vẫn có thể phải cho cả tín hiệu 3 pha điện áp máy phát để loại nguồn máy phát khi có lỗi điện áp máy phát và chuyển sang nguồn điện máy phát khác chẳng hạn. Trường hợp này ít có trong thực tế, tuy nhiên không phải là không có khi các nhà sản xuất đòi hỏi cần chất lượng nguồn điện dự phòng ở cấp độ cao;
• Điện áp pha um(t) lưới điện: bắt buộc phải là 3 pha để đảm bảo nhận biết lỗi nguồn điện lưới (mất pha; quá hoặc thấp áp; đảo pha; lệnh pha) không đảm bảo chất lượng nguồn điện cung cấp cho tải (Loading);
• Các tín hiệu: áp lực (dạng công tắc áp lực) Poil dầu nhờn, nhiệt độ (dạng rơle nhiệt) T0C nước làm mát, mức (dạng công tắc mức) nhiên liệu Loil, nhiệt độ môi trường, … của động cơ đốt trong dẫn động máy phát (trong đó không thể thiếu hai tín hiệu áp lực và nhiệt độ nước làm mát là hai tín hiệu quyết định đến Start/Run/Stop động cơ đốt trong, các tín hiệu còn lại có thể có hoặc không tùy thuộc vào yêu cầu kinh tế-kỹ thuật của khách hàng);
+ Tín hiệu ra Control Unit gồm:
• Các tín hiệu đóng/cắt Mains contactor và Gen. Contactor kiểu điện từ hoặc mở/khóa các chuyển mạch bán dẫn để tự động (hoặc bằng tay) chuyển đổi nguồn điện cấp cho tải;
• Các tín hiệu thực hiện chuyển đổi trạng thái đóng/cắt các cặp tiếp điểm của khối rơle trung gian nhằm thực hiện quá trình: Preheat (sấy động cơ trước khi khởi động) khi nhiệt độ môi trường thấp (mùa đông); Run (cấp nguồn VDC cho các phần tử thuộc hệ thống điện của động cơ để đảm bảo động cơ sẵn sàng khởi động và chạy sau khởi động); Stop (ngừng cấp điện VDC để đảm bảo động cơ dừng khi điện lưới có lại hoặc các yếu tố khác không cho phép động đốt trong hoạt động);
• Tín hiệu timer là tín hiệu khống chế khoảng thời gian máy phát điện chạy liên tục (thông thường với máy mới thì từ
12-15 h, vơi máy cũ thì <10h). Khoảng thời gian này phải được hiệu chỉnh dễ dàng phù hợp với điều kiện vận hành thực tế.
- Inter. Rơle Unit là khối rơle trung gian có chức năng: tăng công suất tín hiệu điều khiển; cách ly điện giữa các phần tử chấp hành và khối Control Unit; nhân tín hiệu điều khiển cho mục đích đưa các mạch điện khác nhau của hệ thống điện động cơ cùng hoạt động trong cùng khoảng thời gian.
Về bản chất, hệ thống ATS chất lượng cao cho máy phát điện có hệ thống điều khiển kiểu cơ khí là hệ thống đáp ứng đầy đủ chức năng Preheat/Run/Start/Stop của khóa điện trên Panel điều khiển máy phát điện và loại trừ hoàn toàn hiện tượng suy giảm dung lượng ắc quy theo thời gian.
Ngoài ra, có thể tạo thêm các mạch điện phục vụ giám sát/cảnh báo các trạng thái: lỗi khởi động; áp lực dầu bôi trơn thấp; nhiệt độ nước làm mát cao; dung lượng ắc quy thấp; mức nhiên liệu thấp; tắc lọc gió;… để sao cho hoàn toàn điều khiển và giams sát trạng thái hoạt động của máy phát điện từ hệ thống ATS mà không phải trực tiếp tiếp xúc với máy phát điện.
Trong thực tế (rất hãn hữu), xảy ra trường hợp nguồn điện lưới trở thành nguồn điện dự phòng, nguồn điện máy phát trở thành nguồn điện chính (người viết bài này đã phải thiết kế hệ thống cung cấp điện kiểu này cho nhà máy dầu thực vật Cái Lân- T/p Cần Thơ do nhà máy ở trên một cù lao mà lưới điện không đảm bảo chất lượng theo yêu cầu của dây chuyền sản xuất dầu từ cám gạo). Khi này, cần phải tích hợp hệ thống ATS chất lượng cao cho 2, hoặc 4 (số lượng là chẵn) máy phát điện luân phiên làm việc (1 chạy/1 nghỉ hoặc 2 chạy/2 nghỉ kèm hòa đồng bộ,…) theo như sơ đồ hình 2.
Việc tích hợp khối Control Unit và khối thiết lập thời gian máy chạy cho sơ đồ hình 1 là mấu chốt của hệ thống ATS chất lượng cao. Hình 3 giới thiệu các mạch đầu ra sử dụng các rơle thực hiện xuất các tín hiệu ra đáp ứng ứng các yêu cầu kỹ thuật như đã nêu. Ưu điểm của mạch này là tích hợp không khó lắm, hoạt động tin cậy, tuổi thọ cao và đặc biệt loại trừ được hiện tượng suy giảm dung lượng ắc quy theo thời gian.
Trong đó, cần chú ý:
- Quá trình hoạt động của máy phát điện co thể chia làm 3 giai đoạn:
• Chuẩn bị khởi động (sấy không gian xung quanh động cơ khi mùa đông; kéo le gió với động cơ xăng; sấy nhiên liệu;…) với khoảng thời gian nhất định (thường 3-6s). Quá trình này được khối điều khiển xuất ra tín hiệu ở dạng đóng tiếp điểm của rơle C/P.RL với khoảng thời gian đã nêu;
• Quá trình RUN/STOP là quá trình cấp nguồn một chiều (từ ắc quy) cho các mạch điện của hệ thống điện động cơ dẫn động đảm bảo phục vụ quá trình tự “nổ” của động cơ dẫn động sau khi khởi động được và tự dừng động cơ sau khi có điện lưới hoặc từ một nguyên nhân khác không đảm bảo kỹ thuật để động cơ “nổ” an toàn, hoặc cần khống chế thời gian máy phát điện chạy liên tục. Quá trình này được khối điều khiển xuất tín hiệu ở dạng đóng tiếp điểm R/S.RL;
• Quá trình khởi động động cơ dẫn động máy phát được khối điều khiển xuất tín hiệu ở dạng đóng tiếp điểm của rơle S.RL với khoảng thời gian nhất định. Tín hiệu này qua rơle trung gian phải xuất thành hai tín hiệu chính là tín hiệu kích hoạt rơle khởi động (rơle đề) của động cơ đề hoạt động và song song là rơle bugi sấy buồng đốt nhiên liệu hoạt động. Nếu động cơ dẫn động “nổ” tốt sau một lần xuất tín hiệu khởi động thì khối điều khiển không xuất tín hiệu khởi động nữa. Nếu không “đề” được thì sau một khoảng thời gian nhất định (để ắc quy hồi điện) thì khối điều khiển lại xuất tín hiệu khởi động lại và chỉ nên thiết lập tối đa là 3 lần khởi động.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét