Nhằm nâng cao hiệu suất cũng như đảm bảo an toàn trong vận hành hệ thống điện, những năm gần đây các cơ quan quản lý đã ban hành các văn bản chỉ đạo, hướng dẫn đưa ra các yêu cầu về các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thử nghiệm áp dụng cho các nhà máy điện. Với các yêu cầu đó, nâng cấp hệ thống kích từ trở thành một nhu cầu bức thiết giúp tăng hiệu suất cho hệ thống kích từ. Nắm bắt được nhu cầu đó, công ty S5T với năng lực đã được khẳng định của mình đã được tin tưởng để trở thành đối tác của Nexus Controls, một bộ phận của tập đoàn GE, cung cấp giải pháp điều khiển hệ thống kích từ tĩnh EX2100e đến các khách hàng tại Việt Nam.

Cấu hình giải pháp điều khiển hệ thống kích từ EX2100e

Hệ thống kích từ có thể được xây dựng theo cấu hình đơn hoặc dự phòng ba tùy nhu cầu của khách hàng. Với cấu hình điều khiển đơn, chỉ một bộ điều khiển và một cầu chỉnh lưu được sử dụng. Với cấu hình dự phòng, ba module điều khiển giao tiếp với nhau nhằm đảm bảo dù bất kỳ một module nào bị lỗi thì hệ thống vẫn hoạt động bình thường và cho phép thay thế online trong khi hệ thống đang hoạt động. Tương tự như bộ điều khiển, sẽ có một hoặc nhiều cầu chỉnh lưu (PCM) được sử dụng theo cấu hình đơn hoặc dự phòng. Việc kết nối giữa các module được đảm nhiệm bởi module giao tiếp tốc độ cao (HSSL board) giúp khả năng đáp ứng của hệ thống nhanh và ổn định.

Các thành phần của giải pháp điều khiển hệ thống kích từ EX2100e

+ Phần cứng

Phần cứng của hệ thống kích từ EX2100e bao gồm các thiết bị điều khiển (bộ điều khiển, module tín hiệu vào ra, module giao tiếp, màn hình giao diện HMI, …), cầu chỉnh lưu, quạt làm mát, thiết bị phụ trợ và bảo vệ (thiết bị dập từ, mồi từ, chống quá điện áp, triệt tiêu điện áp trục, …).

Bộ điều khiển

Bộ điều khiển được thiết kế dạng module độc lập gắn trực tiếp trên tủ. Module bao gồm mạch vi xử lý và mạch giao tiếp mở rộng CSLA. Mạch vi xử lý chứa khối điều khiển trung tâm, bộ nhớ và khối cấp nguồn, mặt trước của bộ điều khiển bao gồm các cổng kết nối Ethernet, cổng truyền thống nối tiếp tốc độ cao và cổng USB cho phép tải chương trình xuống bộ điều khiển. Mạch giao tiếp mở rộng CSLA cung cấp các kênh vào ra nối tiếp tốc độ cao.

Các bộ điều khiển được cung cấp với cấu hình dự phòng, bộ điều khiển M1 và M2 có thể hoạt động ở cả chế độ tự động hoặc bằng tay với chức năng auto tracking và bumpless transfer cho phép hệ thống chuyển đổi một cách mượt mà giữa các bộ điều khiển và các chế độ với nhau.

Cầu chỉnh lưu

Cầu chỉnh lưu (PCM) có nhiều kích thước khác nhau để phù hợp với các hệ thống kích từ có thiết kế và công suất đầu ra khác nhau. Cấu hình chỉnh lưu có thể theo dạng đơn (simplex/ single bridge), dự phòng (WBU/ redundant bridge) hoặc nhiều cầu song song (multiple parallel bridges) giúp khách hàng tùy biến theo yêu cầu của hệ thống.

Mỗi cầu chỉnh lưu có các bộ phát xung riêng biệt. Trong quá trình làm việc, góc mở của 6 thyristor tự động điều chỉnh để giữ cân bằng dòng điện giữa các nhánh trong một cầu.

Module cầu chỉnh lưu EBRG có chức năng giám sát và bảo vệ cầu chỉnh lưu:

Giám sát điện áp và dòng điện đầu vào AC, đầu ra DC.

Bảo vệ ngắn mạch đầu ra DC.

Giám sát nhiệt độ cầu.

Giám sát thứ tự pha đầu vào.

Các thiết bị phần cứng khác

Các module phần cứng được thiết kế nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động tối ưu và an toàn nhất bao gồm:

Module đo lường (ESYS).

Module giao tiếp phụ (EAUX).

Module phân phối nguồn điều khiển (EDIS).

Mạch dập từ và bảo vệ quá áp DC (EDEX).

Mạch mồi từ.

Module tăng áp nguồn DC.

Module phát hiện chạm đất rotor.

Thiết bị đóng cắt nguồn AC, DC.

Bộ lọc nguồn AC đầu vào.

Bộ điện trở xả.

Mạch triệt tiêu điện áp trục.

…

+ Phần mềm

Hệ thống EX2100e sử dụng bộ phần mềm ControlST bao gồm nhiều công cụ phục vụ quá trình vận hành, chạy thử, hiệu chỉnh và bảo dưỡng hệ thống kích từ. Phần mềm WorkstationST để quản lý giao diện người máy HMI và các chức năng Historian lưu giữ các thông tin, sự kiện, cảnh báo. Phần mềm ToolboxST để cấu hình và phân tích đánh giá hệ thống. Chương trình điều khiển có thể được chỉnh sửa online và tải xuống controller trực tiếp từ màn hình HMI gắn trên tủ hoặc máy tính dịch vụ. ToolboxST có các mô hình của hệ thống được xây dựng sẵn với chức năng giả lập mô phỏng các tín hiệu vào ra nhằm phục vụ công tác thí nghiệm, thử nghiệm. Phần mềm CIMPLICITY rất trực quan, linh hoạt, dễ sử dụng giúp xây dựng đồ họa giao diện người dùng.

Bộ điều chỉnh AVR

Khối AVR nhận tín hiệu đầu vào là điện áp 3 pha tại đầu cực máy phát, sử dụng bộ điều khiển PID để giữ điện áp đầu ra máy phát ổn định quanh giá trị đặt. Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên lưới gây sụt áp, bộ điều khiển cưỡng bức kích từ để giữ đồng bộ máy phát với hệ thống. Triệt tiêu từ trường kích thích, giảm nhanh dòng kích từ khi xảy ra sự cố với máy phát, tránh hỏng hóc thiết bị.

Bộ ổn định hệ thống điện PSS (Power system stabilizer)

Bộ PSS được sử dụng với bộ điều chỉnh điện áp AVR để nâng cao độ ổn định của máy phát bằng cách triệt tiêu các giao động tần số thấp tạo ra bởi một hay nhiều máy phát hoạt động song song với nhau trong một khu vực nhất định. Chức năng mô hình hóa hệ thống cho phép người dùng tối ưu việc hiệu chỉnh thông số PSS.

Giao diện của hệ thống

Màn hình hiển thị HMI thể hiện các thông tin của máy phát và hệ thống kích từ: điện áp, dòng điện, công suất, điểm đặt, chế độ vận hành…

Giao diện có tính bảo mật cao và khả năng phân quyền truy cập theo các mức vận hành, kỹ thuật, quản lý.

Màn hình hiển thị sơ đồ một sợi của hệ thống và các menu truy cập liên quan.

Hiển thị các sự kiện và cảnh báo alarm.

Có chức năng ghi lại trend của các tín hiệu U, I, P, Q với tốc độ trích mẫu tối đa 1ms giúp người dùng dễ dàng chuẩn đoán lỗi và phân tích khi có sự cố xảy ra.

Cho phép mô phỏng các tín hiệu vào ra và logic điều khiển ở chế độ thí nghiệm, thử nghiệm.

Quy trình triển khai lắp đặt thay thế cho giải pháp điều khiển hệ thống kích từ EX2100

Bước 1: Khảo sát, thiết kế hệ thống mới.

Bước 2: Tháo dỡ hệ thống kích từ hiện hữu.

Bước 3: Thi công lắp đặt hệ thống mới, kết nối đầy đủ các tín hiệu vào ra đến hệ thống DCS và các hệ thống chức năng khác.

Bước 4: Cấu hình chỉnh định thông số.

Bước 5: Thí nghiệm hiệu chỉnh để đưa hệ thống vào vận hành.

Bước 6: Thử nghiệm hệ thống theo thông tư 25/2016/TT-BCT, quyết định số 25/QĐ-ĐTĐL của cục điều tiết điện lực.

Bước 7: Đào tạo chuyển giao và hướng dẫn vận hành.