Đề tài Hệ thống giám sát năng lượng PMS

Nội dung text: Đề tài Hệ thống giám sát năng lượng PMS

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG BMS Đề tài : Hệ thống giám sát năng lượng PMS (Power Monitoring System) GV hướng dẫn: Nguyễn Thế Công SV thực hiện: Đào Quang Trung MSSV: 20174295 Hà Nội, 6/2021
2. MỤC LỤC I. Giới thiệu tổng quan hệ thống cung cấp điện. 2 1. Tủ điện phân phối tổng (MSB) 2 2. Tổng quan hệ thống 2 II. Chức năng của các phần tử đóng cắt, bảo vệ trong hệ thống 4 1. Tủ điện ATS (Automatic Transfer Switches) 4 2. Máy cắt không khí ACB 6 3. MCCB ( Moulded Case Circuit Breaker) 7 4. Tủ tụ bù 7 III. Đề xuất các phần tử sử dụng trong thiết bị đo lường và vận hành hợp lý, tiết kiệm 8 1. Rơ le kỹ thuật số 8 2. Thiết bị Đo lường Quản lý Điện năng Mitsubishi 9 3. Bộ giám sát năng lượng thông minh Omron KM50-C 11 4. Thiết bị GPIs6CE2 12 1
3. I. Giới thiệu tổng quan hệ thống cung cấp điện. 1. Tủ điện phân phối tổng (MSB) Tủ điện phân phối MSB (Main Distribution Switchboard) là loại tủ điện được lắp đặt ngay sau các trạm hạ thế (từ 15kV xuống 380VAC), chức năng chính của tủ MSB là đóng cắt, bảo vệ an toàn cho hệ thống điện phụ tải. Dòng điện định mức có thể đến 6300A. Tủ được thiết kế nhiều ngăn, mỗi ngăn tủ được thiết kế với chức năng riêng biệt như: ngăn chứa ACB/MCCB tổng, ngăn chứa các MCCB/MCB ngõ ra tải, ngăn chứa tụ bù, ngăn chứa khối chuyển nguồn ATS, giám sát từ xa thông qua GPRS . Tủ MSB được thiết kế và lắp ráp theo tiêu chuẩn IEC60439-1. Tủ điện phân phối tổng được sử dụng trong các mạng điện hạ thế và là thành phần quan trọng nhất trong mạng phân phối điện. Tủ điện này được lắp đặt tại phòng kỹ thuật điện tổng của các công trình công nghiệp như nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư, bệnh viện, trường học, cảng, sân bay Nó được đăt sau các trạm hạ thế và trước các tủ điện phân phối (DB). 2. Tổng quan hệ thống Trong sơ đồ bên dưỡi, hệ thống bao gồm 4 thành phần chính : ▪ Nguồn điện ▪ Dây dẫn ▪ Các thiết bị đo lường ▪ Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ 2
4. Hình ảnh 1. Sơ đồ cung cấp điện cho một doanh nghiệp trên phần mềm PMS Doanh nghiệp được cung cấp điện bởi 2 Máy Biến Áp (T1, T2) và 2 Máy Phát Dự Phòng (G1, G2). Có thể chia hệ thống cung cấp điện thành 2 phần: - Phụ tải 1: cung cấp điện bởi MBA T1 và MPDP G1 - Phụ tải 2: cung cấp điện bởi MBA T2 và MPDP G2. • Phụ tải 1 Phụ tải 1 bao gồm Nhà Xưởng 1,2,3 và Hệ Thống Xử Lí Nước Thải (WWTP) được cung cấp điện bởi MBA T1 hoặc MPDP G1: • MBA T1: MBA 3P 22/0.4kV có công suất 2000kVA • Gen 1: điện áp ra 400V, tần số 50Hz, công suất 1600kVA được điểu khiển bởi bộ ATS-01 3P 3200A. Thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho MBA T1 và MPDP G1 là Máy Cắt Không Khí (ACB – Air Circuit Breaker): • ACB-01: 3P-3200A cho MBA T1 • ACB-02: 3P-2500A cho máy phát dự phòng G1. Sau đó, điện được đấu nối đến thanh cái 1 để chia cho các phụ tải: • Tụ bù 1: công suất phản kháng 800kVAr đóng cắt bởi MCCB-01 3P 1250A • Nhà xưởng 1: công suất 0,26kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-02 3P 400A • Nhà xưởng 2: công suất 0,09kW đóng cắt, bảo vệ bởi ACB-06 3P 1000A 3
5. • Nhà xưởng 3: công suất 0,26kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-03 3P 800A • Hệ thống xử lí nước thải: công suất 0,09kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-04 240A • Phụ tải 2 Phụ tải 2 bao gồm Điều Hòa Trung Tâm (HVAC), 2 phụ tải mở rộng (Spare) và công sở (Office). Được cung cấp điện bởi MBA T2 hoặc MPDP G2: • Máy biến áp T2: MBA 3P 22/0.4 kV có công suất 1600kVA • Gen 2: điện áp ra 400V, tần số 50Hz, công suất 1250kVA được điều khiển bởi bộ ATS-02 3P 2500A. Thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho MBA T2 và MPDP G2 là Máy Cắt Không Khí (ACB – Air Circuit Breaker): • ACB-03: 3P-2500A cho MBA T2 • ACB-04: 3P-1400A cho máy phát dự phòng G2. Sau đó, điện được đấu nối đến thanh cái 2 để chia cho các phụ tải: • Tụ bù 2: công suất phản kháng 630kVAr đóng cắt bởi MCCB-05 3P 1000A • Điều hòa trung tâm (HVAC): công suất 0,26kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-06 3P 400A • Spare: công suất 0,09kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-07 3P 1000A • Spare: công suất 0,26kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-08 3P 800A • Công sở: công suất 0,09kW đóng cắt, bảo vệ bởi MCCB-09 240A Giữa hai thanh cái có khớp nối COUPLING hoạt động với nguyên lí: - Khi cả 2 thanh cái đều có điện bởi MBA => COUPLING hở, 2 thanh cái hoạt động độc lập. - Khi chỉ có 1 trong 2 thanh cái được cấp điện (tức có 1 trong 2 bên ACB không được đóng cấp điện) => COUPLING đóng để cấp điện cho bên bị ngắt, giúp nhánh được hoạt động liên tục. II. Chức năng của các phần tử đóng cắt, bảo vệ trong hệ thống 1. Tủ điện ATS (Automatic Transfer Switches) - Tủ điện ATS hay còn có tên gọi khác là tủ chuyển nguồn điện tự động (Automatic Transfer Switches), là loại máy móc đảm bảo hệ thống điện được hoạt động liên tục ngay cả khi mất điện. - Chức năng chính của Tủ ATS là chuyển tải sang sử dụng nguồn điện dự phòng như máy phát điện khi mất nguồn điện chính, điện lưới. Tủ còn có chức năng 4
6. bảo vệ nguồn điện khi có sự cố xẩy ra như: mất pha, mất trung tính, quá áp, sụt áp, Tủ điện ATS sẽ tự động chuyển sang nguồn điện dự phòng cho đến khi nguồn điện chính được phục hồi thì bộ ATS sẽ chuyển động nguồn trở lại. - Cấu tạo vỏ tủ điện ATS thường làm từ thép, có sơn tĩnh điện và tùy yêu cầu để thiết kế kích thước tủ. - Nguyên lý hoạt động: Tủ điện ATS luôn bao gồm hệ thống chuyển đổi nguồn điện và máy phát điện công nghiệp, từ đó trong bất kỳ trường hợp nào thì tủ điện cũng luôn sẵn sàng tự động chuyển mạch điện tới vị trí cần nguồn điện. o ATS: Hệ thống chuyển đổi điện năng từ lưới điện chính, khi xảy ra sự cố sẽ cung cấp cho phụ tải từ máy phát điện. o Tủ điện ATS sẽ kết nối phụ tải với nguồn điện chính và ngắt máy phát điện dự phòng khi được cấp nguồn điện lưới trở lại. Sơ đồ trên có 2 tủ ATS được bố trí: ▪ Tủ ATS 01: 3P-3200A dung để đóng máy phát G1 khi MBA gặp sự cố. ▪ Tủ ATS 02: 3P-2500A dung để đóng máy phát G2 khi MBA T2 gặp sự cố. Hình ảnh 2.1: Tủ ATS chuyển nguồn tự động - Sơ đồ kết nối thông dụng của tủ điện ATS 5
7. Hình ảnh 2.2 Sơ đồ kết nối thông dụng của tủ ATS 2. Máy cắt không khí ACB Máy cắt không khí hay còn được gọi tắt là ACB (Air Circuit Breaker). Đây là một khí cụ điện có công dụng dùng để đóng cắt, bảo vệ các thiết bị điện trước những sự cố như: quá tải, ngắn mạch. Thường được dùng cho các dòng điện và công suất lớn (630A đến 6,3kA) Hình ảnh 2.3 : ACB 6
8. Trong sơ đồ, ACB dung để đóng cắt bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho MBA và máy phát điện sự phòng. - ACB 01: 3P – 3200A dùng để đóng cắt cho MBA T1 - ACB 02: 3P – 2500A dùng để đóng cắt cho máy phát điện G1 - ACB 03: 3P – 2500A dùng để đóng cắt cho MBA T2 - ACB 04: 3P – 1600A dùng để đóng cắt cho máy phát điện G2 3. MCCB ( Moulded Case Circuit Breaker) MCCB là viết tắt của cụm từ tiếng anh Moulded Case Circuit Breaker, MCCB hay còn gọi là át khối, aptomat vỏ đúc. MCCB là một loại thiết bị bảo vệ điện được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi dòng điện quá mức, có thể gây quá tải hoặc ngắn mạch. MCCB thường có dòng cắt định mức, dòng cắt ngắn mạch lớn. Hình ảnh 2.4 MCCB 4. Tủ tụ bù Tủ điện tụ bù công suất phản kháng thông thường bao gồm các Tụ bù điện mắc song song với tải, được điều khiển bằng một Bộ điều khiển tụ bù tự động thông qua thiết bị đóng cắt Contactor. 7
9. Tủ tụ bù có chức năng chính là nâng cao hệ số công suất cosφ (cos phi) qua đó giảm công suất phản kháng (công suất vô công) nhằm giảm tổn thất điện năng tiết kiệm chi phí. Người sử dụng sẽ giảm hoặc không phải đóng tiền phạt công suất phản kháng theo quy định của ngành Điện lực. Hình ảnh 2.5 Tụ bù trong tủ điện III. Đề xuất các phần tử sử dụng trong thiết bị đo lường và vận hành hợp lý, tiết kiệm 1. Rơ le kỹ thuật số Có thể thay thế các máy biến áp và các thiết bị đo lường ở mỗi nhánh bằng một rơ le kỹ thuật số. Rơle kỹ thuật số (gọi tắt là rơle số ) làm việc trên nguyên tắc đo lường số. Các đại lượng đo lường như dòng điện và điện áp nhận được từ phía thứ cấp của máy biến dòng điện (TI), và máy biến điện áp (TU) được số hoá. Các số liệu này được một hoặc nhiều bộ vi xử lý tính toán và ra các quyết định theo một chương trình cài đặt sẵn trong rơle. Có thể hiểu một hợp bộ bảo vệ rơle số là một chiếc máy tính với đầy đủ cấu trúc và làm việc trên thời gian thực. Tín hiệu điện áp và dòng điện được đưa vào đầu INPUT của rơle số và được chuyển đổi (converter) đến bộ lấy và giữ mẫu, qua quá trình chuyển đổi tín hiệu bộ ADC được gửi đến bộ vi xử lý đến các bộ lưu trữ chương trình, quá trình tìm lỗi và giải phẫu lỗi được xử lý bằng cách tính giá trị tổng trở được tính liên tục, khi trên hệ thống 8
10. tính được giá trị tổng trở lệch so với giá trị tổng trở được lưu trữ (giá trị tổng trở coi như chưa có xự cố), rơ le sẽ coi đó là sự cố và sẽ ngắt tải phần dưới. Độ tin cậy của rơle được coi là tương đối. Các role số hiện nay có nhiều chức năng như cảnh báo sự cố qua chuông, qua tin nhắn, ngoài ra cũng có đầy đủ chức năng của các thiết bị đo lường như hiển thị dòng điện, điện áp, công suất. Hình ảnh 2. Rơ le số của Siemens 2. Thiết bị Đo lường Quản lý Điện năng Mitsubishi Hình ảnh 3. 2 module đo lường năng lượng Eco Monitor Light của Mitsubishi Electric 9
11. Mô-đun đo lường năng lượng Eco Monitor ngoài khả năng đo liên tục của các dạng năng lượng khác nhau còn có khả năng giám sát cách điện bằng cách đo dòng điện rò. Hình ảnh 4. Giới thiệu chung của NSX về 2 module Hình ảnh 5. Ví dụ lắp đặt cơ bản 10
12. 3. Bộ giám sát năng lượng thông minh Omron KM50-C Hình ảnh 6. Module Omron KM50-C • Đặc điểm chung - Bộ giám sát năng lượng thông minh Omron KM50-C hỗ trợ phân tích tiết kiệm năng lượng - Có thể đo đồng thời 2 giá trị công suất và dòng điện - Tích hợp cảm biến đo nhiệt độ môi trường gắn bên trong thiết bị - Các phép đo chính xác cao - Đo công suất tiêu thụ, công suất vô công, công suất tái sinh - Có thể đo và hiển thị công suất tái sinh ở phía sơ cấp của biến tần - Bộ giám sát năng lượng thông minh Omron KM50-C tự động chuyển đổi dải đo để đo chính xác công suất tại các trạng thái: đang hoạt động, đang chờ, đang dừng - Chức năng tiết kiệm năng lượng - Có khả năng tính toán và chuyển đổi số công suất tiêu thụ sang số tiền tương ứng qua đó giúp người dùng so sánh và có các biện pháp tiết kiệm năng lượng - Có thể lựa chọn đầu ra cảnh báo cho công suất tiêu thụ, công suất phản kháng, công suất tái sinh, dòng điện - Hỗ trợ truyền thông Modbus và chức năng ghi lại dữ liệu đo lường, giám sát 11
13. - Bộ giám sát năng lượng thông minh Omron KM50-C ứng dụng trong ngành thép, điện điện tử, xi măng, • Thông số kỹ thuật Dimension 48x48 Mạch đấu nối 1 pha/2 dây, 1 pha/3 dây, 3 pha/3 dây Nguồn cấp 100 ~ 240 VAC, 50/60 Hz - Điện áp:100 ~ 240, 1 pha/2 dây (điện áp dây); 100/200 VAC, 1 pha/3 dây (điện áp pha/điện áp dây); 100 ~ 240, 3 pha/3 dây(điện áp dây) - Dòng điện: 5 A, 50 A, 100 A, 200 A, 400 A hoặc 600 A (dòng sơ Ngõ vào cấp của CT chuyên dụng) - Tần số: 50/60 Hz - Công suất: 2 kW (với CT 5A); 20 kW (với CT 50A); 40 kW (với CT 100A); 80 kW (với CT 200A); 160 kW (với CT 400A); 240 kW (với CT 600A) Transistor (chức năng đặt thời gian OFF delay: 0,0 to 99,9 s, ON Ngõ ra delay: 0,0 to 99,9 s) EEPROM, ghi được 1.000.000 lần (lưu đưuọc dữ liệu 3 ngày kể từ khi Bộ nhớ mất nguồn tại 23 °C) Truyền thông RS-485, Start-stop, CompoWay/F, Modbus, Cấp bảo vệ IP66 (mặt trước, khi lắp lên panel) EN61010-1 (IEC61010-1), EN61326-1 (IEC61326-1), UL61010-1, Tiêu chuẩn CAN/CSA-C22.2 No.61010-1 Phụ kiện Biến dòng (CT), cáp dùng cho biến dòng, giá đỡ 4. Thiết bị GPIs6CE2 - Model: ECA-GPIs6.6CE2 là thiết bị chuyên dụng với công nghệ webserver, phần mềm được nhúng trong thiết bị, trên đó đã tích hợp sẵn một cổng Ethernet dùng để kết nối với mạng máy tính, internet và email. Thiết bị còn tích hợp sẵn 6 cổng vào số và 6 cổng ra số. Ngoài ra còn được thiết kế với các chuẩn kết nối USB, RS485 nhằm giao tiếp với các modul khác như đồng hồ đo nguồn điện đa năng, USB 3G (để thực hiện việc nhắn tin SMS) Thông số kỹ thuật: Kích thước 90 x 60 x 30mm Khối lượng 200g Bộ xử lý SoC 1.2Ghz x 4 core, 1GB RAM, 16GB bộ nhớ (Microprocessor) dữ liệu Đầu vào số 6 đầu vào số 12
14. Đầu ra số 6 đầu ra colector hở 200mA Cổng USB 4 cổng USB 2.0: 1 cổng kết nối USB3G và 1 cổng kết nối USB-RS485, Wifi Nhắn tin SMS Thực hiện qua thiết bị USB-3G Cổng giao tiếp HMI 1 cổng giao tiếp với ECA-HMI420. Hiển thị 4x20 ký tự, 4 phím điều khiển cảm ứng Cổng kết nối RJ45, tốc độ 10/100Mhz Ethernet (LAN) Kết nối Modbus Thực hiện qua thiết bị USB-RS48 RTU Lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ trong 16GB Nguồn điện sử dụng Nguồn 1 chiều: 12-24VDC/2A Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống giám năng lượng sử dụng Thiết bị GPIs6.6CE2 Các thông số giám sát: 13
15. - Đo điện áp, dòng điện. - Đo tần số, công suất, điện năng tiêu thụ. - Cho phép giám sát nguồn điện năng thông qua kết nối Modbus RS485 với đồng hồ đo nguồn đa năng. - Giám sát đầy đủ các thông số như Volt, Ampe, Kw, Kwh, KVA, cos φ, Hz - Bộ cảnh báo điện AC (cả 1 phase và 3 phases) như: mất điện lưới, thông số điện áp/dòng điện, cảnh báo điện áp AC cao, thấp. - Khi điện áp lưới cao hơn một ngưỡng điện áp lưới cao VAC-HIGH thì cảnh báo “Điện áp AC quá cao”. - Khi điện áp lưới thấp hơn một ngưỡng điện áp lưới thấp VAC-LOW thì cảnh báo “Điện áp AC quá thấp” - Kiểm soát song hài THD, vì song hài làm ảnh hưởng đến hệ thống điện, làm phát nóng đường dây dẫn, hư hỏng thiết bị và cháy nổ. - Thiết bị có mạch đo cách ly cho chức năng đo nguồn AC để đảm bảo độ an toàn của hệ thống. - Giám sát online công suất điện tiêu thụ Kw và tổng số điện năng tiêu thụ của trạm theo thời gian thực Kwh. Cảnh báo: - Cảnh báo khi dòng điện, điện áp, công suất tiêu thụ nằm ngoài ngưỡng cho phép. - Cảnh báo khi có sự cố mất điện, có điện, sụt áp, mất phase Phương thức cảnh báo: - Cảnh báo trực tiếp qua chuông, còi hú tại chỗ. - Cảnh báo từ xa qua mạng GSM (cảnh báo qua SMS cho tối đa 5 số điện thoại) và qua giao diện WEB SERVER. - Cảnh báo qua email (gửi tối đa 3 Email). - Cảnh báo lặp lại theo chu kỳ đặt trước. Điều khiển thiết bị: - Điều khiển đóng cắt thiết bị theo giá trị cài đặt. - Điều khiển chế độ bằng tay, tự động và lập lịch. - Điều khiển theo ngưỡng dòng điện, điện áp cài đặt. Lưu trữ dữ liệu: 14
16. - Lưu trữ trên thiết bị theo ngày tháng. - Ghi dữ liệu liên tục vào cơ sở dữ liệu. - Ghi lại dữ liệu các lần xảy ra cảnh báo. - Gửi dữ liệu báo cáo dạng file excel có bảng dữ liệu phân tích giá trị min, max, trung bình và biểu đồ các giá trị đó tới email. - Xuất dữ liệu dưới dạng file excel theo ngày, tháng. Cài đặt: - Cài đặt qua trực quan dễ dàng qua giao diện Web. - Cài đặt được các chế độ điều khiển. - Cài đặt được các chế độ báo động, tên cho từng giá trị đo điện. - Cài đặt được các ngưỡng báo động. - Cài đặt từ xa qua SMS. - Bảo mật Username và password. Xem dữ liệu: - Xem dữ liệu trực quan trên giao diện Web thông qua địa chỉ IP. - Xem dữ liệu biểu đồ online, bảng dữ liệu Excel. - Xem dữ liệu thông qua màn hình HMI. - Xem dữ liệu ở bất cứ nơi đâu có mạng. - Xem dữ liệu từ xa bằng cách dùng SMS truy vấn. Phương án sử dụng một bộ server để tổng hợp số liệu của 60 đồng hồ khác nhau: - Mỗi bộ giám sát trung tâm ECA-GPIs6.6CE2 quản lý được tối đa 15 đồng hồ. - Để quản lý tổng hợp số liệu của 60 đồng hồ thì cần có 1 bộ ECA-GPIs6.6CE2 server làm bộ quản lý tập trung. - Bộ ECA-GPIs6.6CE2 server sẽ nhận dữ liệu của các bộ khác qua giao thức mạng TPC/IP, dữ liệu bộ này tổng hợp gồm các dữ liệu cảnh báo và dữ liệu lượng điện tiêu thụ KWh. - Có các kiểu tổng hợp dữ liệu là dữ liệu trong ngày, dữ liệu trong tuần và dữ liệu trong tháng. - Dữ liệu tổng hợp file Excel, có thể download trực tiếp hoặc tự động gửi email báo cáo. 15
17. Tài Liệu Tham Khảo tiet-kiem-dien/ acb/ la-gi-nhung-dieu-can-biet 16