- ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn của riêng tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS-TS. - Kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. - Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung luận văn không có sự sao chép từ các luận văn khác. - Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2012 Học viên Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS. - Hoàng Minh Sơn, người thầy rất gần gũi đã đề ra phương hướng, truyền thụ những kinh nghiệm chuyên môn với tất cả niềm đam mê nghiên cứu khoa học, hết lòng chỉ bảo, tận tình hướng dẫn, dìu dắt và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học. - Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trong Ban Giám Hiệu Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA2 đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tham gia học tập, công tác và trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này. - Xin cảm ơn người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các bạn học cùng khóa đã giúp đỡ, động viên, góp ý xây dựng trong thời gian nghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn này. - Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Đồng Nai,ngày tháng 05 năm 2011 Học viên thực hiện Hoàng Văn Duyên ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU. - Phương pháp nghiên cứu. - Cấu trúc của luận văn. - 4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÀ MAU 1. - 5 1.1 Tổng quan nhà máy. - Quy trình công nghệ của nhà máy. - Chu trình nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có 2 cửa trích. - Cấu hình công nghệ của hệ thống. - 11 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHÀ MÁY. - Mô hình phân cấp chức năng tự động hóa nhà máy. - Cấu trúc và chức năng điều khiển. - 19 2.2.1 Cấu trúc điều khiển và giải pháp thiết bị. - 19 2.2.2 Các chức năng điều khiển chính của hệ thống. - Cấu trúc và chức năng điều khiển giám sát. - Đề xuất mở rộng và nâng cấp hệ thống. - 33 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TUỐC BIN HƠI ST12. - Khái niệm về tuốc bin hơi. - Sơ đồ cấu tạo của tuốc bin hơi. - Sơ đồ nguyên lý của tuốc bin hơi. - Đặc tính kỹ thuật. - 38 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 3.1.5. - Tầng tuốc bin. - 40 3.2 Phương pháp điều khiển tuốc bin hơi ST12 hiện tại. - 41 3.3 Phương án điều khiển phản hồi trạng thái cho tuốc bin hơi. - 46 3.3.2 Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái. - 54 PHỤ LỤC ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HP : High-Preesure (cao áp) MP : Medium- Preesure (trung áp) LP : Low- Preesure (hạ áp) HMI : Human-Machine Interface (giao diện người và máy) SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition (thu thập dữ liệu điều khiển và giám sát) I/O : Input/Output (ngõ vào/ngõ ra) PLC : Programmable Logic Controller (thiết bị điều khiển khả trình) FSC : Field Control System (Hệ thống điều khiển cấp trường) ES : Engineering Station (trạm kỹ thuật) OS : Operation Station (trạm vận hành) ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. - Sơ đổ tổng quan nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1. - Sơ đồ nguyên lý chu trình hỗn hợp nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1. - Sơ đồ thiết bị nhà máy nhiệt điện ngưng hơi 2 cửa trích làm việc theo chu trình Renkin. - Mô hình phân cấp chức năng tự động hóa của Nhà máy điện Cà mau 1 . - Cấu trúc điều khiển của hệ thống. - Cấu trúc điều khiển giám sát. - Yêu cầu mở rộng nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 (thêm một tổ máy. - Giải pháp mở rộng và nâng cấp hệ thống điều khiển và giám sát (cấu hình đơn giản hóa của hệ thống. - Cấu tạo tuốc bin hơi. - Sơ đồ nguyên lý tuốc bin hơi. - Tầng xung lực của tuốc bin. - Mô hình đối tượng điều khiển tuốc bin hơi. - Mô hình đối tượng có bộ điều khiển PID. - Đáp ứng quá độ của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID. - Mô hình đối tượng với bộ điều khiển phản hồi trạng thái. - Đáp ứng của hệ thống dùng bộ điều khiển phản hồi trạng thái. - 50 Hình 3.10. - Đáp ứng của hệ thốngđiều khiển phản hồi trạng thái kết hợp sử dụng bộ điều khiển I. - 51 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 1LỜI NÓI ĐẦU Luận văn này nghiên cứu về hệ thống điều khiển và giám sát trong nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1. - Mục đích của luận văn là đã phân tích được nguyên lý hoạt động của nhà máy, so sánh, đánh giá ưu nhược điểm về công nghệ sử dụng của nhà máy, phân tích và đánh giá phương án điều khiển của tổ máy tuốc bin hơi ST12, trên cơ sở đó đưa ra được các đề xuất cải tiến, mở rộng và nâng cấp hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy. - Em chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình và những lời khuyên quý báu của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Hoàng Minh Sơn để em hoàn thành tốt hơn bản luận văn này. - Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong bộ môn Điều khiển Tự động và thầy cô Viện Điện của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các thầy cô không những tận tình truyền đạt cho em những kiến thức chuyên môn quý báu mà còn dạy cho em những bài học làm người, đó là những hành trang vô cùng quan trọng và nó sẽ theo em suốt cuộc đời để em hoàn thiện bản thân mình hơn. - Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Học viên thực hiện: HOÀNG VĂN DUYÊN Lớp: CAO HỌC ĐKTĐ khóa 2010-2012 ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 2MỞ ĐẦU 1. - Mục đích, ý nghĩa của đề tài Trong lĩnh vực hệ thống điện ngày càng mở rộng phức tạp, nhu cầu về sản lượng cũng như tính liên tục và độ tin cậy trong việc sản xuất, truyền tải và phân phối năng lượng điện yêu cầu đảm bảo chất lượng cao, chi phí rẻ. - Xu thế của ngành điện hiện tại và tương lai là tạo ra những sản phẩm thông minh và có khả năng giao tiếp thông tin với nhau để tự động hóa theo hướng tối ưu hóa công tác vận hành và quản lý hệ thống từ cấp trạm cho đến cấp vùng, cấp khu vực và cấp quốc gia. - Với sự phát triển của công nghệ trong lĩnh vực tự động hóa thì điều khiển và giám sát là một phần ứng dụng quan trọng trong các ngành sản xuất điện. - Luận văn này nghiên cứu về hệ thống điều khiển và giám sát trong nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1. - Thông qua việc nghiên cứu, người thực hiện luận văn có thể củng cố, đào sâu và áp dụng kiến thức có được vào trong nghề nghiệp giảng dạy chuyên môn nghề điện - điều khiển tự động tại đơn vị đang công tác, nhằm có những bài giảng trên lớp về hệ thống điều khiển và giám sát, điều khiển quá trình cho sinh viên gắn liền với thực tế hơn để đáp ứng nhu cầu doanh nghiệp. - Hơn nữa, thông qua quá trình nghiên cứu, người thực hiện luận văn có thể nâng cao, mở rộng kiến thức ngoài thực tế tại nhà máy sản xuất, giúp làm chủ được hệ thống như vận hành, bảo trì thiết bị hệ thống… Đề tài đặt ra hai mục đích nghiên cứu cụ thể như sau. - Làm rõ cấu trúc, chức năng và nguyên lý hoạt động của giải pháp hệ thống điều khiển và giám sát toàn bộ nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1. - Phân tích làm rõ sách lược, phương thức điều khiển tuốc bin hơi của nhà máy, trên cơ sở đó đưa ra đề xuất cải tiến. - ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 32. - Nghiên cứu các tài liệu thiết kế và tài liệu vận hành hệ thống điều khiển và giám sát kết hợp khảo sát thực tế tại nhà máy nhiệt điện Cà mau 1. - Phân tích các chức năng, cấu trúc và các công nghệ được áp dụng trong giải pháp hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy, trên cơ sở đó đưa ra các nhận xét, đánh giá các ưu nhược điểm của giải pháp đang áp dụng - Đi sâu nghiên cứu bài toán điều khiển tua bin hơi nước nói chung và của Nhà máy nói riêng, đưa ra các nhận xét, đánh giá, đề xuất cải tiến phương án điều khiển, mô phỏng kiểm chứng trên Matlab. - Đề xuất phương án nâng cấp hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy, 3. - Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của người thực hiện luận văn là kết hợp nghiên cứu tài liệu, khảo sát thực tế và sử dụng công cụ mô phỏng Matlab, cụ thể như sau. - Thu thập, nghiên cứu các tài liệu về điều khiển tự động, tài liệu về hệ thống điều khiển giám sát, hệ thống điều khiển phân tán của Siemens. - Phỏng vấn, tham khảo các ý kiến đóng góp của những kỹ sư, công nhân vận hành, bảo trì trong nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1. - Khảo sát, nghiên cứu thực tế tại nhà máy, tham gia vào việc vận hành, bảo trì hệ thống, dựa vào kết quả sản xuất của nhà máy, các bản vẽ thi công, lưu đồ chức năng điều khiển quá trình công nghệ (P&ID) của hệ thống. - ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 44. - Cấu trúc của luận văn Luận văn được bố cục thành bốn chương có nội dung như sau: Chương 1: Giới thiệu công nghệ Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1, lịch sử, nhiệm vụ, sản lượng và quy trình sản xuất của Nhà máy nhiệt điện cà mau 1, qua đó làm cơ sở phân tích cho chương 2. - Chương 2: Phân tích cấu trúc, các chức năng hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy, cấu trúc vào ra và giải pháp thiết bị được sử dụng, cấu hình, các chức năng điều khiển và giám sát, trên cơ sở đó đưa ra các nhận xét, đánh giá và một số đề xuất cải tiến, mở rộng và nâng cấp hệ thống điều khiển và giám sát cho nhà máy. - Chương 3: Phân tích hệ thống điều khiển tuốc bin hơi ST12, sử dụng Matlab để viết chương trình mô phỏng một tua bin hơi trên cơ sở một mô hình lý thuyết có sẵn, đưa ra đề xuất cải tiến phương pháp điều khiển tua bin hơi. - ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 5CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÀ MAU 1 1.1 Tổng quan nhà máy Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 được xây dựng trên địa bàn Xã khánh An – Huyện Uminh – Tỉnh Cà Mau. - Dự án Nhà máy điện Cà Mau gồm nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 và nhà máy nhiệt điện Cà Mau 2 là dự án thành phần trong tổng thể Dự án cụm Khí - Điện - Đạm Cà Mau được Thủ tướng Chính phủ giao cho Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (pVN) làm chủ đầu tư nhằm sử dụng hiệu quả nguồn khí thiên nhiên khai thác chung từ mỏ pM3 thuộc vùng biển chồng lấn Việt Nam- Malaysia và các mỏ khí thuộc vùng biển Tây Nam. - Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 có công suất 750 MW khi đốt khí. - Để đáp ứng nhanh nhất nhu cầu điện cho quốc gia, chỉ hơn một năm kể từ ngày khởi công, Nhà máy điện Cà Mau 1 đã bắt đầu hoà dòng điện đầu tiên lên lưới điện quốc gia vào ngày 4/4/2007 và vận hành thương mại ngày 20/3/2008. - Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 vào vận hành đã góp phần đáp ứng kịp thời sự thiếu hụt nguồn điện căng thẳng của cả nước trong mùa khô các năm 2007- 2009. - Trải qua hơn 2 năm tiếp nhận, quản lý vận hành và vượt qua nhiều khó khăn, Tổng Công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam, đặc biệt là Công ty Điện lực Dầu khí Cà Mau - đơn vị trực tiếp vận hành nhà máy điện - tự hào đã hoàn toàn làm chủ Nhà máy, bảo đảm vận hành hiệu quả. - Ngày 8/1/2010, Công ty Điện lực Dầu khí Cà Mau chính thức đã tổ chức lễ chào mừng 10 tỷ KWh. - ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 6 Hình 1.1. - Sơ đổ tổng quan nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 1.2. - Quy trình công nghệ của nhà máy Chu trình nhà máy nhiệt điện hỗn hợp Cà Mau 1 là một chu trình ghép, gồm chu trình Renkin hơi nước và chu trình Tuốc bin khí. - Máy nén khí 1 đưa không khí từ ngoài trời cấp ô xy cho buồng đốt tua bin khí, máy nén khí được gắn liền trục với tua bin khí, khi tua bin khí làm việc ở chế độ động cơ thì máy nén khí có tốc độ quay cùng với tốc độ của tuốc bin khí. - ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 7CHU TRÌNH HỖN HỢP Hình 1.2. - Sơ đồ nguyên lý chu trình hỗn hợp nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 2. - Tuốc bin khí 2 làm việc với 2 chế độ là (chế độ động cơ và chế độ máy phát). - Khi khởi động tuốc bin làm việc ở chế độ động cơ, lúc này hệ thống điều khiển tần số tự động AFC (Automatic Frequency Control) đóng lại làm tăng tần số, động cơ cũng tăng tốc độ từ 0 vòng/phút lên khoảng 837 vòng/phút (tốc độ này được duy trì trong khoảng thời gian 5 phút) để làm sạch lò đốt. - Sau 5 phút hệ thống điều khiển tần số tự động giảm và động cơ cũng giảm theo xuống tốc độ khoảng Trích hơi sang khu nhà máy P - Bar T –0C ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 8456 vòng/phút (tốc độ đủ để cấp gió cho các đuốc mồi trong buồng đốt của tua bin khí), đồng thời hệ thống đánh lửa của tuốc bin cũng hoạt động (dùng khí Propan để mồi, cháy ở nhiệt độ thấp hơn so với gas). - Khi hệ thống propan mồi được đốt cháy thì hệ thống phun gas cũng hoạt động ở nhóm vòi phun 43 (gồm 12 vòi), nhiên liệu phun tăng lên, tốc độ tua bin khí cũng đồng thời tăng đến khoảng 2330 vòng/phút thì hệ thống điều khiển tần số tự động cũng được ngắt ra và lúc này tua bin làm việc ở chế độ máy phát, tốc độ tua bin tăng dần lên khoảng 2700 vòng/phút thì hệ thống kích từ hoạt động, khi tốc độ tua bin tăng lên 3000 vòng/phút thì nhiên liệu trong buồng đốt luôn được điều chỉnh bởi van điều khiển (control van) đủ điều kiện để hòa lưới điện với công suất định mức 150 KW, điện áp đầu ra là 15 kv qua máy cắt đầu cực hòa vào lưới điện. - Sau khi hoạt động lượng hơi nước thoát ra khỏi tuốc bin khí với sản phẩm cháy có nhiệt độ còn cao được tận dụng đưa vào lò thu hồi nhiệt. - Ở đây nước nhận nhiệt và biến thành hơi quá nhiệt, hơi quá nhiệt đi vào tuốc bin hơi số 13, dãn nở đoạn nhiệt sinh công hòa vào lưới điện, khi ra khỏi tuốc bin hơi phần hơi còn lại đi vào bình ngưng 17 nhả nhiệt đẳng áp, ngưng tụ thành nước được bơm số 18 bơm trở về bể chứa, lặp lại chu trình cũ. - Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 là nhà máy sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng, nghĩa là cả điện năng và nhiệt năng đều được cung cấp bằng tuốc bin ngưng hơi có 2 cửa trích như hình 2.3 (một cửa trích hơi cung cấp cho khu nhà của nhà máy nhiệt điện, cửa còn lại trích hơi sang khu nhà máy đạm). - Chu trình nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có 2 cửa trích Để đảm bảo đồng thời được lượng điện là Nd và lượng nhiệt là Q cho hộ tiêu thụ cần phải tiêu tốn một lượng hơi là Gph. - Để tính toán lượng hơi tiêu hao trong ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 9trường hợp này, ta giả sử tuốc bin làm việc như một tuốc bin ngưng hơi thuần túy, nghĩa là lượng hơi trích Gn = 0. - Khi đó muốn sản xuất ra lượng điện Nd thì cần phải tiêu hao một lượng hơi là (1–1) Nếu trích đi một lượng hơi Gn cấp cho khu nhà sử dụng nhiệt, nghĩa là lượng hơi Gn này không vào phần hạ áp, không tham gia sinh công để sản xuất điện năng trong phần hạ áp vì vậy lượng điện sản xuất ra sẽ giảm đi một lượng là (1–2) Để bù lại lượng điện đã giảm đi, cần phải tăng thêm tua bin một lượng hơi có thể sản xuất ra lượng điện đã bị thiếu ∆Nd là (1- 3) Thay ∆Nd từ phương trình (1- 3) vào phương trình (1-3 ) ta được (1-4) Hay: (1-5) Trong đó được gọi là hệ số năng lượng của dòng hơi trích Như vậy lượng hơi tiêu tốn trong quá trình sản xuất phối hợp điện năng và nhiệt năng là : Gph = Gd + ∆G (1–6) ĐHBK – HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Hoàng Văn Duyên 10 Gph = Gd + yGn (1–7) Rõ ràng (in – ik. - (i0 – ik) do đó: So sánh (1 – 6) với (1 – 7) và lưu ý (y < 1) ta thấy sản xuất phối hợp điện năng với nhiệt năng tốn ít hơn sản xuất riêng rẽ một lượng là: ∆Gtk = Gr – Gph = (Gd + Gn
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt