Hợp tác nghiên cứu phát triển tổ máy thủy điện nhỏ và hệ thống tự động hoá cho trạm thủy điện

Trang 1

<w|zm AR 6 2 'BKHCN HOlas VKHTL BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI

171 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:

HỢP TÁC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN TỔ MÁY THỦY ĐIỆN NHỎ

VÀ HỆ THONG TU DONG HOA CHO TRAM THUY DIEN |

Ths Nguyén Vii Viét

69,045,

Hà Nội, 12-2004 AF] F108

Trang 2

DANH SÁCH NHŨNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

STT Họ và tên Chức vụ Nơi công tác

1 |TS Nguyễn Vũ Việt Chủ nhiệm đẻtài | Viện KHTL

2 | TS Hoang Văn Thắng Thanh vién thuc hién DT "

3 | TS Nguyén Ting Phong " "

4 | PGS TS Thai Quang Vinh " Viện CNTT

5 | Ths Pham Van Tửu " Tcty DL VN

6 | KS Le Héng Tién 7 Viện KHTL

7 |KS Định Minh Hải " "

8 | KS Nguyễn Diệu Thư " "

9 | KS Dang Quéc Ting " "

10 | KS Phạm Hữu Định " "

11 | KS Nguyễn Thanh Tùng ‘

Trang 3

TOM TAT NOI DUNG DE TAI

Hệ thống đo lường điều khiển tự động hố (ĐL-ĐK-TĐH) khơng thể

thiếu được trong bất kỳ một trạm thủy điện nào, ngày nay với sự phát triển rất nhanh của khoa học công nghệ, công nghệ đo lường điều khiển ngày càng hiện đại, thiết bị ngày càng nhỏ gọn và có độ chính xác cao, thời gian sử lý nhanh

Với mục đích làm chủ hệ thống 1 cách nhanh tróng, và phương châm đi

tất đón đầu để làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo, tích hợp thiết bị cho hệ

thống, nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu trực quan, tận dụng kết quả của các đề tài đi trước Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực

tế, đề tài đã mua 01 hệ thống của Trung Quốc, lắp đặt và chạy thử trong phòng thí nghiệm, qua chạy thử và xem xét thiết kế cả phần mềm và phần cứng của hệ thống, đề tài đã đi sâu nghiên cứu các nội dung sau:

1 Thiết lập chương trình phần mềm bảo vệ tua bin, máy phát và thiết bị

khác cho tổ máy điện áp thấp và cao

2 Điều tra thu thập tài liệu, thu thập thông tin về công nghệ đo lường- điều khiểến- tự động hoá trạm thuỷ điện, đề xuất sơ đồ công nghệ

3 Điều tra khảo sát trong và ngoài nước về tình hình phát triển thuỷ

điện vừa và nhỏ Thông qua các tài liệu về quy hoạch năng lượng, tình hình đầu tư cho thuỷ điện, nhóm nghiên cứu đã tập hợp và trình bày trong báo cáo chuyên đề

4 Thiết kế hệ thống đo lường- điều khiển- tự động hoá trong trạm thuỷ

điện ở hai cấp điện áp 0.4kV và 6.3kV Nghiên cứu về phần mềm điều khiến

cho trạm thuy điện ở hai cấp điện áp 0.4kV và 6.3kV

5 Thử nghiệm hệ thống đo lường điều khiến, tự động hóa (SKD)) trong phòng thí nghiệm

Qua các kết quả nghiên cứu, nhóm thực hiện đã có hơn 20 báo cáo

chuyên đề về toàn bộ các hạng mục của hệ thống tự động hoá như: Hệ thống

kích từ + AVR, hệ thống điều khiển tua bin, hệ thống bảo vệ máy phát, bảo vệ

tua bin và trạm biến ấp Làm chủ cách thiết lập và sử dụng các phần mềm

Trang 4

MỤC LỤC

MG DAU cccccccccsssscccessssessecsnseseccncosssseesssesssssesssssssucsssssssessssssssessersasssecserssnsceseeees 1

CHƯƠNG I TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5

L Nghiên cứu hệ thống ĐL-ĐK-TĐH ở nước ngồi «- 5

1I Nghiên cứu hệ thống ĐL-ĐK-TĐH trong nước s«««- 5

CHUONG I LY THUYET CHUNG CUA HE THONG DL-DK-TDH 7

sẽ sẽ 7

Ld Chite năng, nhiệm vụ của hệ thống -«-«««.sveeeseeree 7

1.2 Sự phát triển của hệ thống trong và ngoài nước

IL Ly thuyết chung về hệ thống đL - đk - tĐH

IL1 Các nguyên lý ĐL và phát hiện hư hỏng trong bệ thống điện 9

1EL1.1 Ðo lường cho mục đích bảo VỆ cà is xe 9

I.1.2 Quá đồng điện -

1L:1.3 Quá điện áp và thiếu điện ấp

in ha

II.1.5 Các nguyên lý khác để phát hiện sự cố

I2 Các khái niệm cơ bẩn của điều khiển cccccceeciei

1H Lý thuyết về Bảo vệ máy phát, đường dây, TBA

HII.1 Giới thiệu chung về hệ thống bảo vệ máy phái

IHI.4 Bảo vệ chống mất kích từ

IHI.5 Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch «ecceenkeveesereee 21 IHỊ.6 Bảo vệ quá dòng máy phái cecceeeieerikeisereeiee 22

HỊ.7 Bảo vệ quá áp máy phát c «ch re 25

1.8 Bảo vệ chống chạm đất 95% cuộn đây SÍQÍOF «.«vec 26 II.9 Bảo vệ thấp áp máy phát ve 28

1I.10 Chạm đất rôfo - - c:c222222c22t1121112 20 de, 29 1.11 Bảo vệ so lệch có hấm sesssssessessssssasssssuesesvesses 30

11.12 Hé théng lam mat méty phait 0 sccccscsecsssesessssensrevsssseesessensseees 31 IV Kích từ và AVR (Automatic Voltage Regulator) «- 31 IV.1 Nguyên lý và ChỨcC HẴNG, Ăn HH nh ghi 31

Trang 5

IV 2.1 Các đặc tính của hệ thống kích từ IV 2 2 Các hệ thống kích từ IV 3 Tính năng của hệ thống kích từ cee.eeieersrree 43 IV 4 Thành phần chính của hệ thống kích từ - - c- 44 IV 5 Bộ tự động điều chỉnh điện áp - 45

IV 5.1 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn 45

1V 5.2 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch 50

1V 5.3 Điều chỉnh điện áp theo phương pháp kết hợp - 51

IV.6 Kết nối HTKT tới hệ thống giám sát toàn nha mdy (SCADA) 53 1V.6 1 Bộ chỉnh lưu kích từ - HH Hà 53 IV.6 2 Giao diện với hệ théng SCADA ceccccscescsecssecsseesseessseesseeeseesensen 55 IV.6.3 Phương thức giao diện hệ thống - teen 56 CHUONG III HỆ THỐNG ĐL- ĐK- TĐH DO HRC CHUYỂN GIAO.58 1 Thiết bị đo và hiển thị các thơng số điện «««cseee-ee 59 1 Module điều khiển tua bin -. 5<vcccersresrerrkierkeiree 61 II Module bảo vệ máy phát, đường dây, trạm biến áp we TV Module hoa dién HRC SYM cscsessesssssscessesasesssssssssetasssssceteveane V gidi thiéu vé hệ thống SĐJK-2000 HH

V.1 Giao dién hién thi hoạt động của tủ LCU

V.2 Hoạt động vùng hiển thị khỏi độngldừng tổ máy

V.2.1 Khởi động tỔ máy tt tt HH 11111rerrerre 77 V.2.2 Ding hoat dong t6 mAy osc eeeeesecceeceesteseesesseceeneeseeseseteneesetsneeetenees 78 V.3 Điều chỉnh sự hoạt động của nguồn 78

V.4 Cc Adu ra trong PLC 79

V.5 Giới thiệu chung về phần mềm sdjk- 2000 80

V.5.1 Phòng điều khiển trung tâm Series 80 V.5.2 Chức năng giám sát và điều khiển của phần mềm - 8]

V.5.3 Modul dé hoa dac biệt trong phần mềm hệ thống SDIK 82

VI Phần mềm cho hệ thống SDJK-2000 - -ce.ceeee 83 VI.1, Khối động hệ Lhốngg «SH He 83 Vị.2 Tắt chương rÌnh, sen HH1 1e 83 VI.3 Bằng tóm tắt lựa chọn boạt động của hệ thống giám sát 83

VI.4 Giao diện chương trình Chính c.ceeeieieieseierseee 84

Trang 6

VI.4.3 Hình ảnh về thanh điện áp

VI.5 Các dữ LIỆH CƠ SỬ, - «ch HH Hào 86 VI.6 Bảng thông tin về dữ liệu của ÝC ««ccec.eeeeerree 87 VI.7 Bảng thông tin chính về YĂ - nhe 91

VI.8 Bảng thông tin không chính thức của YX 91

VỊI.9 Thông tin năng TƯỢNG Ăn HH xe, 91

VI.10 thực hiện hệ thống

VỊ.11 Thông tin về vận hà nhh àccS«ckieehesrseeikrrierke 94

VI.12 Hiển thị thời gian trong ngày

VI.13 Điều khiển từ xa Ă cc.eeece

VI.14 Chạy chương trình phần mêm hệ thống 95

VI.15 Dừng chương trình phần mêm hệ thống - 96 VI.16 Sự hoạt động của may Coit wecccecsccsecsssccsseresesessseteteeessesseaees 96

VI.17 Sự điều khiển từ xa các thiết bị hoạt động trong hệ thống 97 8,86) 1.2 7n 97 VI.19 Các kiểu điều khiển 1 KHE HH HH TH TT thờ Hiệu 97

VI.20 Giao dién diéu khién cONg SUGtAcccccsscssesssseserseeseseressesnesssees 98 VI.21 Sự thay đổi hệ số công sUấT HguỒN cc.cc-ceccceee 99

VI22 Qúa trình hoạt động của hệ thống eecvei 99 VIL23 Vai tr Tit giit thong tN .eeccssescerssacsessenstssssesssssteteseesenseess 100

VI.24 Cửa sổ chương trÌnh ke 100

VI.25 Hoạt động THÁY ÙH so TĂ SH ng g grrre 101

KẾT QUÁ CỦA ĐỂ TÀI -.-2sssecccrsirertrrrsrrrrre 102

Trang 7

BAO CAO TONG KET KHOA HOC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

MO DAU

Tiêu thụ năng lượng trên thế giới hầu như đã tăng rất nhiều lần trong

những năm gần đây, khoảng 90% năng lượng tiêu thụ này là nhiên liệu hoá thạch như đầu lửa, than đá v.v Tổng nhiên liệu này đã tìm thấy ước tính khoảng 1200 tỷ tấn (quy ra dầu) Tổng lượng khai thác và tiêu thụ hàng năm là 6,7 tỷ tấn Như vậy với tốc độ tiêu thụ như hiện nay thì trong hai hoặc ba

thé ky nữa sẽ tiêu hết tất cả các nguyên liệu hoá thạch đã phát hiện Hơn nữa, việc phá huỷ môi trường và những ảnh hưởng phản lại về khí tượng do việc

tiêu thụ nhiên liệu hoá thạch gây ra những vấn đề xã hội nghiêm trọng Do việc sử dụng một cách ổn định năng lượng hạt nhân cũng như sự tiến bộ của công nghệ tiết kiệm năng lượng phát triển chậm nên nguồn thuỷ năng là nguồn năng! lượng sạch, tái tạo được có tầm quan trọng đặc biệt

Vì những lý do trên, nhiều nước phát triển bất đầu xem xét việc phát

triển thuỷ điện, nhưng hiện nay rất khó tìm ra các vị trí tốt để xây đựng các nhà máy cỡ lớn bởi hầu hết các địa điểm tốt để xây dựng các đập lớn đã được sử dụng và những quy định pháp luật nghiêm khắc được áp dụng để bảo vệ

môi trường thiên nhiên Do đó, thuỷ điện nhỏ sử dụng nước hiện tại của các

công trình như đập hoặc kênh dẫn được thực hiện cùng các công trình mới Đứng về quan điểm kinh tế, trong nhiều trường hợp việc tiến hành xây dựng

thuỷ điện nhỏ như các dự án mới, hoàn toàn độc lập là bất lợi Tuy nhiên trong

nhiều trường hợp nhiều nước đã đưa ra các biện pháp cụ thể để thúc đẩy việc phát triển thuỷ điện nhỏ

Thuỷ điện nhỏ cũng có thể sử dụng tiểm năng của dòng chảy hiện có và có thể là nguồn nãng lượng bổ sung cho địa phương khi thiếu điện cung cấp

bởi các nhà máy điện hiện có hoặc do việc cung cấp điện không ổn định

Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới ẩm, có gió mùa, lượng mưa tương đối lớn Cùng với điều kiện địa hình có nhiều đãy núi cao, tạo ra cho nước ta một

nguồn thuỷ năng đổi đào Kết quả nghiên cứu, tính toán khảo sát của trên

2.170 sông suối có độ dài trên 10km cho thấy trữ năng kinh tế kỹ thuật vào

Trang 8

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

khoảng 80 + 100 tỷ kWh/năm Nguồn thuỷ năng trên được khai thác chưa đáng kể

Theo quyết định của Thủ tướng Chính phủ về hiệu chỉnh quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 + 2010, có xết triển vọng tới năm

2020 (ngày 21/3/2003) thì nhu cầu phụ tải năm 2005 là 48,5 + 53,8 tỷ kWh, năm 2010 là 88,5 + 93 tỷ kWh Như vậy, yêu cầu phát triển điện lực là rất lớn Theo dự kiến ngành điện từ năm 2003 + 2010 đầu tư cho xây dựng nguồn và lưới điện, phải cần tới 22,5tÿ USD Dé đáp ứng nhu cầu về nguồn điện, giai

đoạn 2001 + 2010, đự kiến xây dựng 20 trạm công trình thuỷ điện lớn, ngoài ra các doanh nghiệp ngoài EVN đã đang ký và đầu tư khoảng 100 công trình thuỷ điện vừa và nhỏ (công suất IMW + 100MW) Tổng công suất lên tới trên

2.000MW tổng mức đầu tư > 2,5tý USD Chỉ trong vòng 2 năm (2002 +

2003), công suất các dự án thuỷ điện vừa và nhỏ được đăng ký để đầu tư gấp 10 lần tổng công suất các trạm thuỷ điện (TTĐ) vừa và nhỏ đã xây đựng từ

năm 1960 + 2000

Ngoài hệ thống nguồn điện nối lưới Quốc gia, điện cho vùng sâu, vùng xa, vùng không có khả năng nối lưới Quốc gia (theo quy hoạch là gần 300 xã)

cũng được chú ý với mục tiêu phát triển năng lượng sạch để bảo vệ môi trường

và cấp điện cho khu vực nghèo Chính phủ và các tổ chức Quốc tế như WB, ADB, HẶCA đang tài trợ cho các dự án năng lượng tái tạo như: "Chương trình hành động năng lượng tái tạo Việt Nam” (XEAP) do WB tài trợ Các dự án điện, gió, pin mặt trời, thuỷ điện nhỏ do các tổ chức JICA, ECF (điện lực

Pháp) tài trợ

Các công trình thuỷ điện được xây dựng trong giai đoạn tới có mức đầu tư lớn, đòi hỏi rất cao về khoa học, công nghệ Theo điều tra, đánh giá số lượng các trạm thủy điện phân loại theo công suất tại Việt Nam như sau:

- Loại trạm có công suất lấp đặt từ 0,IMW + I10MW có khoảng 500

trạm với tổng công suất từ 1.400MW đến 1.500 MW

Trang 9

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ - Loại trạm có công suất dưới 0,LMW có khoảng 2.500 trạm với tổng

công suất từ 160MW + 200MW

Phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ là một động lực quan trọng góp phần phát triển kinh tế, xã hội miền núi vùng sâu, vùng xa Khi có nhà máy thuỷ điện sẽ có đường giao thông tới tận công trình, kếo theo các công trình là hàng loạt các dịch vụ đi kèm, nhờ vào dịch vụ này người dân có thể buôn bán do đó tăng cao thu nhập, ổn định cuộc sống, không phải phá rừng làm nương rẫy Các nhà máy thủy điện cũng thu hút nhiều lao động vào làm việc, giải quyết công ăn việc làm cho nhân dân, cung cấp điện sinh hoại cho nhân dân phục vụ sinh hoạt và sản xuất chế biến

Tính trong 3 năm trở lại thì Thuỷ điện là nguồn đầu tư lớn nhất vào khu vực miền núi với hơn 40.000 tỷ đồng đã được đăng ký Phần lớn các dự án nằm ở vùng sâu, vùng xa, vùng đồng bào dân tộc Chỉ riêng tỉnh Lào Cai, trong vòng 3 nam đã thu hút được nguồn vốn đầu tư gần 7.000 tỷ đồng Phát

triển thuỷ điện đã kếo theo phát triển giao thông, điện, và các hạ tầng cơ sở

khác, thúc đẩy phát triển du lịch, dịch vụ cho khu vực miền núi

- Đây là nguồn năng lượng tái tạo, góp phần bảo vệ môi trường, các dự án thuỷ điện vừa và nhỏ nói chung không gây ngập lụt lớn, ít phải di dân

- Nguồn thuỷ điện vừa và nhỏ ở Việt Nam được đánh giá vào khoảng 20

+ 25 tỷ kwh, được khai thác chưa đáng kể Dự kiến thủy điện vừa và nhỏ trong giai đoạn tới sẽ phát triển rất mạnh

- Nguồn thuỷ điện có vốn đầu tư ban đầu không cao, nhưng chỉ phí khai thác sử dụng rất thấp, sử dụng nguồn năng lượng sẵn có từ thiên nhiên, chi phí quản lý cho 1kwh thấp

Trong những năm tới, để giải quyết vấn đề năng lượng của đất nước thì đầu tư cho thuỷ điện là hiệu quả nhất, vì thời gian hoàn vốn nhanh, suất đầu tư thấp

Phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ có thể thu hút được đầu tư vào vùng sâu,

vùng xa miền núi trên một địa bàn rất rộng, vì thuỷ điện vừa và nhỏ của nước

ta phân bố rộng trên khắp các tỉnh miền núi, từ miền núi phía Bắc đến miền

Trang 10

Trung, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ Đặc biệt càng những vùng sâu heo hút

khó khăn lại có tiềm năng thuỷ điện như vùng sâu các tỉnh Lào Cai, Yên Bái, Sơn La, tới Kon Tum, vùng núi Quảng Nam có thể nói đây là cơ hội rất quý

báu cho miền núi vùng sâu, vùng xa Viện Khoa học Thuỷ lợi qua quy hoạch, đánh giá chỉ riêng 2 tỉnh Lào Cai và Lâm Đồng đã có thể xây dựng trên 100 trạm thuỷ điện vừa và nhỏ có công suất mỗi trạm từ 1MW + 50MW,

Trong các trạm thủy điện để vận hành an toàn cho hồ chứa và máy móc

thiết bị, rất cần đo đạc các thông số về cơ, điện của nhà máy, từ các thông số cơ, điện này người vận hành sẽ điều khiển công suất phát của nhà máy, điều

khiển vận hành nhà máy đúng theo yêu cầu của điều độ và đảm bảo an tồn cho cơng trình

Hệ thống đo lường điều khiển tự động hoá (ĐL-ĐK-TĐH) không thể thiếu được trong bất kỳ một trạm thủy điện nào, ngày nay với sự phát triển rất

nhanh của khoa học công nghệ, công nghệ đo lường điêu khiển ngày càng hiện đại, thiết bị ngày càng nhỏ gọn và có độ chính xác cao, thời gian sử lý

nhanh Độ tin cậy ngày càng cao

Để làm chủ các hệ thống hiện đại, tiến tới sản xuất, tích hợp toàn bộ thiết bị trong nước là một việc rất đáng quan tâm, vì nếu làm tốt việc này sẽ

tiết kiệm nguồn ngoại tệ rất lớn, tạo công ăn việc làm cho rất nhiều người, nâng cao trình độ của các nhà máy chế tạo thiết bị của Việt Nam Nên việc nghiên cứu và phát triển công nghệ tự động hoá cho các trạm thủy điện nhỏ là việc cần thiết và phải nhanh chóng thực hiện trong thời gian tới

Trang 11

CHUONG I TINH HINH NGHIEN CUU TRONG VA NGOÀI NƯỚC

I NGHIEN CUU HE THONG DL-DK-TDH G NƯỚC NGOÀI

Từ những năm 80, đo sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông

tin và công nghệ tự động hoá, thiết bị đo lường - điểu khiển - tự động hoá

trong trạm thuỷ điện đã có những biến đổi sâu sắc: các loại điều tốc dựa trên nền cơ khí thuỷ lực được thay thế bằng điều tốc thuỷ lực - điện tử kỹ thuật số

Hệ thống đo lường - điều khiển - tự động hoá nhờ ứng dụng vi xử lý,

PLC, công nghệ SCADA với những ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, độ tin

cậy cao, xử lý nhanh, chính xác, đa tác dụng như có khả năng đo lường, điều

khiển, bảo vệ, giám sát và điều khiển từ xa qua mạng, giá thành phần cứng

thấp

Những công nghệ đo lường - điều khiển - tự động hoá trên nền tảng kỹ thuật số đã được áp dụng rộng rãi ở phương Tây và Bắc Mỹ, ở Trung Quốc, từ đâu những năm 90, thông qua hợp tác quốc tế, Trung Quốc đã tiếp cận, sử

dụng và làm chủ các hệ thống tiên tiến của phương Tây Hiện nay Trung Quốc đang sử dụng rộng rãi các hệ thống này cho các trạm thuỷ điện vừa và nhỏ

1I NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐL-ĐK-TĐH TRONG NƯỚC

Ở Việt Nam, từ năm 1995 một số cơ quan như Trung tâm thuỷ điện

(Viện Khoa học Thuỷ lợi), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại

học Bách khoa Đà Nắng đã tiếp cận các công nghệ nói trên Trong thời gian qua, Trung tâm thuỷ điện đã tiến hành nghiên cứu, chế tạo một số thiết bị

điều khiển, tự động hoá ứng dụng kỹ thuật số như:

- Bộ điều tốc tải giả cho tổ máy thuỷ điện nhỏ

- Bộ điều tốc điện - điện tử cho thuỷ điện nhỏ

Từ năm 2000 + 2002, Trung tâm thuỷ điện đã tiến hành khảo sát về các cơ quan nghiên cứu, sản xuất thiết trên của Trung Quốc và đã lựa chọn được

một số đối tác quan trọng:

- Trung tâm Thuỷ điện nhỏ khu vực Châu Á Thái Bình Dương - Hàng Châu - Trung Quốc (HRC)

Trang 12

- Viện nghiên cứu tự động hoá Thiên Tân (TRIED)

- Công ty công nghệ tự động hoá APP (Liên doanh giữa Trung tâm

Hàng Châu và Công ty Power base Canada)

Viện cũng đã tiến hành khảo sát tại các trạm thuỷ điện có ứng dụng các công nghệ trên của Anh (Công ty Gelkes), Nhat Ban (Cong ty TANAKA)

Được sự hỗ trợ kinh phí từ chương trình hợp tác theo Nghị định khoá 4

giữa Việt Nam với Trung Quốc, Viện khoa học thuỷ lợi đã được giao chủ trì

dé tài "Hợp tác nghiên cứu và phát triển tổ máy thủy điện nhỏ và hệ thống

tự động hóa cho trạm thủy điện ” Viện đã kết hợp với HRC cùng nghiên cứu

và chuyển giao công nghệ thiết kế, chế tạo hệ thống đo lường điều khiển tự

động hoá trạm thủy điện

Trang 13

CHƯƠNG II LY THUYET CHUNG CUA HE THONG DL-DK-TDH

I TONG QUAN [2,3,4,5, 22 +31]

1.1 Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống

Hệ thống là một hệ thống gắn kết không thể tách rời trong các trạm

Thủy điện Các thông số đo lường được truyền tới hệ thống điều khiển và tự động hoá, hệ thống này sẽ vận hành các thiết bị theo chương trình đặt sắn đảm bảo an toàn cho toàn bộ các hệ thống trong trạm thủy điện

dụng,

Hệ thống do lường phải đảm nhiệm các công việc sau: Đo và hiển thị kịp thời các thông số:

- Mực nước thượng, hạ lưu nhà máy, lưu lượng từng tổ máy - Nhiệt độ các ổ trục của tổ máy

- P,.Q,LU,KWh của mỗi tổ máy và trên các đường dây - Công suất và điện năng phụ tải tự dùng

- Vị trí đóng, mở các cửa van của đập tràn, cửa lấy nước - Áp lực dầu của hệ thống dầu cao áp

Chức năng lưm trữ và quản ly dữ liệu:

Các thông số điện của tổ máy: điện ấp, cường độ, tần số, công suất tac công suất phản kháng và điện năng

Dữ liệu trạng thái của các thiết bị tồn nhà máy Thơng số nhiệt của các điểm đo

Mực nước ở bể áp lực, sau lưới chắn rác và ở hạ lưu nhà máy

Tín hiệu bảo vệ của máy biến áp chính

Chuyển đổi điều kiện làm việc của tổ máy

Hiển thị dữ liệu và in ấn: in các thông số tổ máy trong quá trình làm

việc, gọi lại và in các bảng đữ liệu trước đây, đặt thời gian in cho bảng đữ liệu

Sau khi có tín hiệu đo đưa về để hiển thị tại phòng điều khiển trung tâm,

các tín hiệu này được xử lý và chuyển cho hệ thống điều khiển tự động hoá

Trang 14

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ Hệ thống này đảm nhiệm việc điều khiển, giám sái hoạt động của các hạng mục như sau: Khởi động tổ máy ở chế độ bình thường, hoà điện của các tổ máy lên lưới

Điều chỉnh công suất P, Q từ khoá lệnh của Bảng điều khiển chính Tự động đuy trì điện áp và tần số ở thanh cái của nhà máy

Ngừng tổ máy bình thường, ngừng sự cố

Ghi chép sự cố và xác định điểm sự cố trên đường dây Điều khiển tự động các hệ thống phụ của nhà máy như: + Hệ thống khí nén + Hệ thống đầu áp lực + Hệ thống bơm tiêu nước + Hệ thống cứu hoả + Hệ thống cấp nước kỹ thuật Điều khiển tự động, từ xa các hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công của công trình: + Đóng, mở các cửa van đập tràn + Đóng, mở cửa nhận nước Tự động đóng nguồn dự phòng ở hệ thống phân phối tự dùng xoay chiều 0,4kV và hệ thống một chiều 220V

Chức năng điều khiển:

Điều khiển khởi động và dừng tổ máy Điều chỉnh tải tổ máy

Báo lỗi và sự cố: Báo hoạt động bảo vệ máy phát, báo nhiệt độ của tổ

máy, báo sự cố của tua bin và máy phát, báo sự cố máy biến áp chính

Truyền thông trong và ngồi nhà máy:

Truyền thơng với khối điều khiển của nhà máy "Truyền thông với khối chung của nhà máy

Trang 15

Truyền thông với thiết bị điều khiến và bảo vệ biến áp chính

Truyền thông với thiết bị truyền từ xa

12 Sự phát triển của hệ thống trong và ngoài nước

3

Ở các nước công nghiệp phát triển, hệ thống này rất phát triển, được

tiêu chuẩn hoá thành các mô đun Khách hàng chỉ việc lựa chọn mua về và lấp

đặt theo hướng dẫn, tiêu biểu như hệ thống Power base (Canada), Alstom

(Pháp) Thiết bị hiển thị lấy tín hiệu từ các sensor, biến đổi các tín hiệu áp

suất, vòng quay thành các tín hiệu điện và được thể hiện trên thiết bị hoặc trên màn hình máy tính của phồng điều khiển trung tâm Các thiết bị đo được chế tạo rất nhỏ gọn có nhiều chức năng, dùng các phím chuyển mạch để chọn lựa

thông số cần thể hiện có giao tiếp truyền thông RS323 hoặc 485 để truyền tín

hiệu tới máy tính

Tại Việt Nam hiện tại vẫn chưa có cơ quan nào chuyên sản xuất thiết bị thuỷ điện, một số nhà máy đã sản xuất thiết bị hiển thị, nhưng vẫn là hiển thị

bằng kim, không có truyền thông, cồn sản xuất và đưa ra cả hệ thống đồng bộ

vẫn chưa có đơn vị nào sản xuất và bán sản phẩm ra thị trường

I LY THUYET CHUNG VE HE THONG DL - ĐK - TĐH [2,3,4]

IL1 Các nguyên lý DL va phat hién hu hỏng trong hệ thống điện HỊ.1.1 Đo lường cho mục đích bảo vệ

a/ Đo lường một đại lượng đầu vào

Đại lượng đầu vào X của rơle thường là những đại lượng tương tự

(dòng điện, điện áp, góc pha giữa dòng và ấp .) được lấy ra từ phía thứ cấp của máy biến dòng điện và máy biến điện áp

Trị số hiệu dụng, trị số tuyệt đối hoặc trị số tức thời của đại lượng đầu vào này được so sánh với ngưỡng tác động X„ của rơle, còn gọi là trị số chỉnh định của rơle Nếu đại lượng đầu vào biến thiên vượt quá (đối với loại role cuc đại) hoặc thấp hơn (đối với loại role cực tiểu) ngưỡng chỉnh định thi role sé tac động Sau khi tác động xong nếu đại lượng đầu vào biến thiên theo chiều

ngược lại và vượt quá trị số X„„, rơ le sẽ trở về trạng thái ban đầu trước lúc

Trang 16

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ khởi động X„ được gọi là ngưỡng trở về hoặc trị số trở về Trị số trở về và tri

số khởi động liên hệ với nhau qua hệ số trở về:

kế»

Xu

Khái niệm role cuc đại (tác động khi đại lượng dau vao tang) va role

cực tiểu (tác động khi đại lượng đầu vào giảm) có ảnh hưởng đến cấu trúc của

rơle điện cơ (cuộn dây, lò xo, tiếp điểm) Đối với rơle tĩnh và rơle số chức

nãng cực đại hoặc cực tiểu có thể dễ dàng đổi lẫn cho nhau bằng phếp tính nghịch đảo tín hiệu logic đầu Ta của role

b/ So sánh nhiều đại lượng đầu vào:

Rơ le có thể tác động trên cơ sở so sánh nhiều đại lượng đầu vào

Nhiều loại rơle hiện nay như khoảng cách, so lệch, định hướng công suất làm việc với hai đại lượng đầu vào Với loại rơÏle này người ta thường ding hai nguyên lý so sánh: so sánh biên độ và so sánh pha

* So sánh biên độ: Trong các rơle làm việc với hai đại lượng đầu vào, thông thường một đại lượng nào đó (X,) tác động theo chiều hướng làm cho

rơle khởi động còn đại lượng kia (X¿) tác động theo chiều hướng ngược lại

(hãm, cản trở rơle tác động) Tín hiệu đầu ra Y của rơle sẽ xuất hiện khi

X,

lộ >

Trong đó be | - tín hiệu đòng vào khởi động X,| - tín hiệu đầu vào hãm

Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng điện được sử dụng trong bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách

*So sánh pha: So sánh pha phản ánh góc lệch pha giữa các đại lượng

đầu vào, nếu góc lệch pha vượt quá (lớn hơn hay bé hơn) trị số pha định trước rơle sẽ tác động Các đại lượng tương tự qua các bộ biến đổi thành các xung

Trang 17

BAO CÁO TỔNG KET KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

chữ nhật với thời gian trùng pha JA t, Kiểu so sánh này gọi là so sánh thời gian trùng hợp pha

Nếu như thời gian trùng hợp pha t, lớn hơn thời gian đặt của bộ phận

thời gian thì sẽ xuất hiện tín hiệu đầu ra HỊ.1.2 Quá dòng điện

Quá dòng điện là hiện tượng khi đồng điện chạy qua phần tử của hệ thống điện vượt quá trị số đòng điện tải lâu đài cho phép Quá đòng điện có

thể xảy ra khi ngắn mạch hoặc quá tải

Trong một số trường hợp rất khó phân biệt giữa quá tải và ngắn mạch, khi ấy cần có biện pháp kết hợp với rơle quá dòng để xác định loại ngắn mạch, chẳng hạn thông qua các thành phần đối xứng của đòng và áp Trong lưới điện hở có một nguồn cung cấp, độ chọn lọc của bảo vệ quá dòng điện có thé dam

bảo bằng nguyên tắc chọn lọc thời gian tăng dần từng cấp (gọi là cấp chọn lọc về thời gian), càng về phía gần nguồn thời gian làm việc của bảo vệ càng lớn Độ chọn lọc của bảo vệ quá đồng điện cũng có thể được đảm bảo bằng cách

chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn

nhất khi hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo

Tạ = Kết - Inne max

Trong đó

Iyngmax: đồng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ngắn mạch ba pha trực tiếp trên thanh cái ở cuối phần tử được bảo vệ với chế độ làm việc cực đại của hệ thống

K„: Hệ số an toàn, thường lấy bằng 1,2 + 1,3

Bảo vệ quá dòng điện khởi động chọn theo công thức trên có tên gọi là

bảo vệ cắt nhanh, thường làm việc tức thời hoặc với một độ trễ rất bé (0.1s) để dé phòng khả năng bảo vệ có thể làm việc mất chọn lọc khi có giông sét và thiết bị chống sét tác động

Bảo vệ qúa dòng cắt nhanh có nhược điểm là không bảo vệ được toàn

bộ đối tượng khi ngắn mạch ở cuối phần tử, bảo vệ cất nhanh không tác động

Trang 18

Hơn nữa vùng bảo vệ có thể thay đổi nhiều khi chế độ làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch thay đổi

Nhược điểm chung của nguyên lý quá đòng điện là không đảm bảo được tính chọn lọc của bảo vệ trong các lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn

dây cung cấp

Khi áp dụng nguyên lý so lệch dòng điện để bảo vệ các máy biến áp

và biến áp tự ngẫu, cần lưu ý đến khả năng bảo vệ so lệch có thể làm việc sai

khi đóng máy biến áp không tải

17.1.3 Qué dién áp và thiếu điện áp

Trong chế độ làm việc bình thường, điện áp có thể đao động trong một

giới hạn cho phép

U = Uy = AU,

Trong đó :

Uga : dién 4p dao động U,,: dién 4p cho phép

Mức dao động cho phép của điện áp phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế và điều kiện vận hành cụ thể của từng lưới điện Nếu điện áp vượt quá giới hạn cho phép (cao hơn hoặc thấp hơn) chứng tỏ chế độ làm việc không bình thường hoặc có sự cố trong lưới điện Quá điện áp kéo dài thường do trục trặc hoặc hư hỏng ở các thiết bị điều chỉnh điện áp ở máy phát điện, hoặc trong mạng truyền tải và phân phối hoặc do sa thải phụ tải gây nên Quá điện áp khí quyển hoặc quá điện áp nội bộ do quá trình thao tác gây nên được bảo vệ bằng các van chống quá áp, không thuộc lĩnh vực bảo vệ của thiết bi role

Thiếu điện áp thường do ngắn mạch trong hệ thống gây nên

Trong các hệ thống bảo vệ, thông số về điện ấp thường được sử dụng

kết hợp với các thông số khác, chẳng hạn quá điện áp thường kết hợp với quá

tần số để bảo vệ các máy phát điện, thiếu điện áp thường kết hợp với quá đồng điện để phân biệt chế độ quá tải với ngắn mạch

Trang 19

IL1 4 Tần số

Độ lệch tần số khỏi trị số danh định chứng tỏ trong hệ thống điện bị

mất cân bằng công suất tác dụng giữa nguồn phát với phụ tải Tần số quá thấp

chứng tỏ trong hệ thống thiếu công suất tác dụng, ngược lại tần số quá cao chứng tỏ thừa công suất tác dụng

Độ sai lệch tần số có thứ nguyên mHz/ MW đặc trưng cho sự ổn định

và “sức mạnh” của hệ thống chống lại những biến đổi công suất tác dụng trong hệ thống Đại lượng này càng bé chứng tỏ hệ thống càng khoẻ Vì vậy hệ thống càng lớn bao nhiêu thì thiết bị đo tần số càng phải chính xác bấy nhiêu

Khi tần số bị giảm thấp, như trên đã nói, chứng tỏ công suất của nguồn

điện không đáp ứng nhu cầu của phụ tải Để đưa tần số trở lại bình thường

phải sa thải dần từng bước phụ tải cho đến khi lập lại được cân bằng giữa cung

và cầu công suất tác dụng Khi mất cân bằng càng lớn, tốc độ biến đối của tần

số càng nhanh, vì vậy có thể tổ chức các đợt sa thải phụ tải theo tốc độ thay déi df/ dt (gradient tan sé)

1I.1.5 Các nguyên lý khác để phát hiện sự cố

Ngoài những nguyên lý đã trình bày trên đây, người ta còn dùng nhiều nguyên lý khác để phát hiện tình trạng làm việc không bình thường và chế độ sự cố ở từng phần tử trong hệ thống điện

Những nguyên lý thường gặp bao gồm:

*Mức tăng nhiệt độ: thường được sử dụng để đánh giá tình trạng quá tải

của thiết bị Chẳng hạn nhiệt độ dầu biến áp, nhiệt độ ở những phần cần kiểm

tra của cuộn dây máy phát điện, động cơ điện lớn

Nhiệt độ có thể đo được trực tiếp ở từng điểm kiểm tra hoặc được hiển

thị dưới đạng trường nhiệt độ, hình ảnh nhiệt trên màn hình các thiết bị quan

sat

*Tốc độ dịch chuyển của dầu, khí bốc ra hoặc lượng khí tích tụ được: Nguyên lý này được sử dụng để chế tạo các rơle khí đùng cho các bảo vệ máy

biến ấp ngâm đầu Khi có hư hỏng bên trong thùng dâu máy biến áp, dầu sẽ bị

Trang 20

bốc hơi, tuỳ theo mức độ khí tạo ra và tốc độ dịch chuyển của dầu, khi, role

khí sẽ cảnh báo hoặc gửi tín hiệu cắt

*Hài bậc cao xuất hiện trong dòng điện trung tính hoặc (và) trong điện áp trung tính ở lưới điện nối đất qua các cuộn Petersen Đối với các máy phát điện, để phát hiện những hư hỏng trong cuộn dây máy phái, người ta cũng dùng nguyên lý đo lường thành phần hài bậc cao trong dòng điện sự cố của máy phát

* Trị số quá độ trong tín hiệu dòng và áp, sóng chạy, tín hiệu phản hồi

cũng có thể được sử dụng để phát hiện sự cố trên đường dây tải điện _IL2 Các khái niệm cơ bản của điều khiển

Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiến tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống được xây dựng từ ba bộ phận

chủ yếu:

- Thiết bị điều khiến C (Controller) - Đối tượng điều khiển O (Object)

- Thiết bị đo lường M (Measuring Device)

Đó là một hệ thống có phản hồi (feedback) hay có liên hệ ngược Sơ đồ khối như hình vẽ Hình II.I Sơ đồ điều khiển hệ thống có phản hồi Các tín hiệu tác động trong hệ thống u: Tin hiéu vao (input)

y: Tin hiéu ra (output)

x: Tin hiéu diéu khién tác động lên đối tượng O e: Sai lệch điều khiển

Trang 21

z: Tín hiệu phản hồi (ký hiệu - khi z ngược dấu với tín hiệu u)

Các nguyên tắc điều khiển cơ bản

Bất kỳ hệ thống ĐKTĐ cũng bị tác động của nhiễu và gây ra sai số

Hiện nay có 3 nguyên tắc điều khiển cơ bản: - Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch

- Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp bù nhiễu

- Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp theo sai lệch và bù nhiễu

Hình II2 Sơ đồ hệ thống điêu khiển theo nguyên tắc hỗn hợp y(t): Tin hiéu ra; f(t): nhiễu tác động vào đối tượng điều khiển

Nhiễu f() tác động lên đối tượng điều khiển ví dụ theo chiều hướng làm tăng tín hiệu ra y() Trong hệ có đưa vào một thiết bị bù K có tác dụng ngược giấu với f Nghĩa là v tác dụng bù về phía trước TBĐK C để tín hiệu E giảm bớt Nếu f tác dụng lên TBĐK O để làm giảm tín hiệu ra y thì thiết bị bù K lại

tạo ra tín hiệu bù v làm tăng E nhằm cuối cùng làm tăng y

Hệ thống điều khiển theo nguyên tắc hỗn hợp hỗn hợp được dùng rộng

rãi trong thực tế Ngoài các nguyên tắc điểu khiển cơ bản đã nói ở trên người

ta còn nêu ra các nguyên tắc khác như:

- Nguyên tắc điều khiển theo chương trình - Nguyên tắc điều khiển thích nghĩ

Gần đây do sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi xử lý và máy tính người ta đã tổng hợp ra các hệ thống điều khiển rất phức tạp trong đó thiết bị

điều khiển (Controller) chính là một máy vi tính có thêm các thiết bị ghép nối

tương tự - số, số - tương tự Các thuật toán điều khiển được tính toán theo các

Trang 22

bài toán tối ưu và thích nghi được viết bằng ngôn ngữ máy hoặc ngôn ngữ C để điều khiển đối tượng bên ngoài

Phân loại các hệ thống điều khiển tự động

Việc phân loại hệ thống ĐKTĐ có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau ở đây ta nghiên cứu các loại hệ thống ĐKTĐ điển hình và hiện có sau:

1 Hệ thống ĐKTĐ tuyến tính 2 Hệ thống phi tuyến tính

3 Hệ thống liên tục: Các tín hiệu tác động trong hệ thống là các hàm liên tục theo thời gian

4 Hệ thống rời rạc hay hệ thống xung số (Hệ thống gián đoạn): Trong đó chỉ cần có một tín hiệu là một hầm rời rạc theo thời gian

5 Hệ thống tiền định: Là hệ thống trong đó tất cả các tín hiệu truyền đạt là các hàm theo thời gian xác định (Không có tín hiệu ngẫu nhiên)

6 Hệ thống ngẫu nhiên: Là hệ thống trong đó chỉ cần có 1 tín hiệu là

một hàm ngẫu nhiên

7 Hệ thống tối ưu: Là 1 hệ thống điều khiển phức tạp, trong đó thiết bị diéu khiển có chức năng tổng hợp được 1 tín hiệu điều khiển u() tác động lên

đối tượng nhằm chuyển trạng thái ĐKTĐ từ trạng thái ban đầu đến trạng thái cuối với với khoảng thời gian ngắn nhất (bài toán tối ưu tác động nhanh) hoặc

làm cho hệ thống đạt được độ chính xác điều khiển cao nhất

8 Hệ thống thích nghi (hay còn gọi là hệ thống tự chỉnh) là hệ thống có

khả năng thích ứng một cách tự động những biến đổi của điều kiện môi trường và đặc tính của đối tượng điều khiển bằng cách thay đổi tham số và cấu trúc sơ đồ của thiết bị điều khiển

Hiện nay hệ thống thích nghi thường sử dụng các thiết bị tính kỹ thuật số Các hệ thích nghi phổ biến ứng dụng trong công nghiệp là hệ thống có ghép nối với các vi xử lý và máy tính

Trang 23

Việc phân loại các hệ thống ĐKTĐ trên đây cũng chỉ là một cách Tuy nhiên giữa các loại hệ thống này lại có liên quan mật thiết với nhau Ví dụ nếu ta chia hệ thống ĐKTĐ thành 2 loại: Hệ ngẫu nhiên và hệ không ngẫu nhiên (hệ tiền định); thì trong một lớp bệ ngẫu nhiên lại có thể phân thành hệ tuyến

tính hoặc phi tuyến, tiếp đến ngay chỉ trong hệ tuyến tính lại có thể có hệ liên

tỤC, TỜI TạC VV

Do vậy có thể nói việc phân loại hệ thống ĐKTĐ tuỳ thuộc vào mục

đích phân loại

II LÝ THUYẾT VỀ BẢO VỆ MAY PHÁT, ĐƯỜNG DÂY,TBA [7,8,9,13]

IH.1 Giới thiệu chung về hệ thống bảo vệ máy phát

Không có tiêu chuẩn thống nhất để lựa chọn sơ đồ bảo vệ cho từng loại máy phát điện Tuỳ theo chúng loại của máy phát, công suất của máy phát, vai

trò của máy phát và sơ đồ đấu dây của nói với các phần tử khác trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy phát điện

Hình I3 trình bày sơ đồ tổng quát hệ thống bảo vệ máy phát ứng dụng

cho các trạm điện ấp cao (6.3kV)

Từ sơ đồ ta thấy hệ thống bao gồm đầy đủ các chức năng bảo vệ máy

phát như:

Quá tải cuộn dây stator Công suất ngược

Mất kích từ

Quá dòng thứ tự nghịch

Trang 24

LINE 35KV EEĐ + âđđââđ6 ĐiEI8888BBRBBEBRRBBọ88888 SYMBOL

Transformer block difereniis! protection Generator slong ditferardial protection Under frequency

‘Over & Under voltage protection ‘Stator ground fauk protection Voltage - restrained aver current Stator ground fauN protection Earth taut protection in exctation circuit Excitation fature protection ‘Overcurrent protection for excitation circuit Phage over current ‘Synchrocheck selay Ground over volage Ravarse power Generator temperature protection Phase Unbalance

‘Two level gaz protection Transformer over thermal protection Aclive power mater Reactive power meter OC Ammatar OC Voltmeter AG ammater AG voRmetar Wattmater 'Vamatec Frequency meter Voltmeter Switch Ammeler Switch Synchronize device POWER HOUSE CAM SON HYDRO POWER MEASUREMENT AND RELAY PROJECT = PROTECTION OIAGRAM [Bireclor Nguyên vu Viet FPManage | COT

Enecked by — | Dang Quoc Tung, [Tach.Dasima| 03/2004 7 jesigner Dang Quoc Tang Seale” | L CS-ON-01

Trang 25

1IL2 Bảo vệ quá tải cuộn đây stator

Quá tải gây phát nóng cuộn dây stator có thể do nhiều nguyên nhân như máy phát điện vận hành với hệ số công suất thấp, thành phần công suất phản kháng vượt quá mức cho phép, có trục trặc hoặc hư hỏng trong hệ thống làm mát hoặc hệ thống điều chỉnh điện áp làm cho máy phát điện bị quá kích thích Hai nguyên nhân sau cũng làm cho cuộn dây rôto bị phát nóng quá

mức Cuộn dây rôto cũng có thể bị quá tải ngắn hạn trong quá trình điều chỉnh

điện áp khi máy phát tải đầy công suất tác dụng

Thời gian chịu đựng quá tải của các cuộn đây máy phát điện có giới hạn và phụ thuộc vào mức độ quá tải, kết cấu của máy phát, hệ thống làm mát và cỡ công suất của máy phát điện

Có nhiều nguyên lý khác nhau có thể được áp dụng để thực hiện bảo vệ chống quá tải cho cuộn dây của máy phát điện: Theo số đo trực tiếp của nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ của chất làm mát hoặc gián tiếp qua trị số dòng điện chạy qua cuộn dây

Sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 2 sử dụng kết hợp hai phép đo: đo trực tiếp nhiệt độ của môi chất làm mát và đo gián tiếp qua bình phương trị số hiệu dụng của dòng điện

Hệ thống đo lường gồm hai kênh làm việc song song, bảo vệ chỉ tác động khi cả hai rơle cùng tác động i BIG Kênh đo lưỡng 1 We Quá đồng nhiêu cấp RL1 Chat lam mat (Nhiệt kế điện trở) vf Kênh đo lường 2

Hinh 11.4: So dé NL chống quá tải cuộn dây MẸ với 2 kênh DL độc lập

Trang 26

11.3 Bao vệ công suất ngược

Công suất sẽ chạy từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng luong cho tua bin bị gián đoạn Khi ấy máy phát điện sẽ làm việc như một động cơ điện tiêu thụ công suất của hệ thống Nguy hiểm ở chế độ này đối với các máy phát nhiệt điện là tua bin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng hơi thừa trong tua bin làm cho cánh tua bin có thể nóng quá mức cho phép

Để bảo vệ chống luồng công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công

suất tác dụng của máy phát điện Yêu cầu rơle hướng công suất phải có độ nhạy cao để phát hiện được luồng công suất ngược với trị số khá bé (thường

chỉ để bù đấp lại tổn thất cơ của máy phát trong chế độ này) Với các máy phát thuỷ điện và tua bịn khí

Để đảm bảo độ nhạy của bảo vệ chống công suất ngược của các máy phát điện có công suất lớn, mạch dòng điện của bảo vệ thường được đấu vào lõi đo lường của máy biến dòng (thay cho lõi bảo vệ thường dùng các thiết bị bảo vệ khác)

Trang 27

BAO CAO TONG KET KHOA HOC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THU’

1.4 Bảo vệ chống mất kích từ

Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư

hỏng trong mạch kích thích (do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, thao tác sai của nhân viên vận hành

v.v Khi máy phát bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ, gây phát nóng

cục bộ ở stator và rôto Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên

cuộndây rôto nguy hiểm cho cách điện của cuộn dây IH.5., Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch

Dòng điện thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây stato máy phát điện khi có đứt dây (hoặc hở mạch) một pha khi có phụ tải không đối xứng

hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống

Nguy hiểm của dòng điện thứ tự nghịch đối với máy phát điện là nó tạo

nên từ thông thứ tự nghịch ¿; cắt rôto với vận tốc 2œ làm cảm ứng trong thân

rôto cũng như các phụ kiện kim loại trên thân rôto đòng điện lớn đốt nóng

roto va ca m4y phát điện Cảnh báo Cát BIG b t A BNC | BỊ H—— LH, L_” ~| 1RỊ, | —*—>| 1RI, q) H I I " b) c) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 01 ——— F——T— 10 100 1000 ts 10 ts

-_ Nình I6 : Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch đặt ở máy phát điện (a), đặc tính thời gian phụ thuộc tỷ lệ nghịch (b), và độc lập có 2 cấp (c)

Trang 28

BAO CAO TONG KET KHOA HOC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THU’

Dòng thứ tự nghịch I; càng lớn thì thời gian cho phép tồn tại càng bé, vì vậy bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch thường có quan hệ thời gian t phụ thuộc tỷ lệ nghịch: k, 1 2 Lie a ty, trong đó K, và K; là các hệ số tỷ lệ: k = a—* d® t=

œ là hàng số thời gian đối với từng loại rơle bảo vệ cụ thể

1;cp là dòng thứ tự nghịch cho phép vận hành lâu dài, nó phụ thuộc vào chủng loại máy phát điện, công suất và hệ thống làm mát của cuộn dây rôto;

I,q dong dién danh định của máy phát điện

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch trình bày trên hình sau

IH.6 Bảo vệ quá dòng máy phát

Bao vé qué dong bao gồm 2 chế độ thời gian phụ thuộc và độc lập

a Định nghĩa: Là bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ

vượt quá giá trị định trước, gọi là đòng điện chỉnh định, và sẽ tác động cất

mạch sau một thời gian định trước, gọi là thời gian chỉnh định b Dòng chỉnh định :

Dòng điện chỉnh định nhất thứ nơi đặt bảo vệ :

I= fee cZ 7” k mn” iv, max I v

ở đây: 1¿„: Đồng điện chỉnh định của bảo vệ nhất thứ

k„: hệ số tin cậy, lấy bằng 1.15 - 1.2 đối với rơle điện từ: 1.3 ~ 1.5

đối với rơle cảm ứng

kự: Hệ số trở về của rơle - 0.85

k„„: Hệ số mở máy khi các động cơ khởi động, tuỳ thuộc tỷ trọng công

suất và điện áp danh định của động cơ, lấy bằng 1.3 — 1.8

Trang 29

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ 1y „„„ : Dồng điện làm việc lớn nhất của thiết bị được bảo vệ

Dòng điện chỉnh định của rơle: Ly = kgl/ ny ở đây: 1¿„ - dòng điện chỉnh của rơle k„ : Hệ số sơ đồ Với sơ đồ sao đủ/ thiếu , k„ = 1; sơ đồ tam giác và số tám , k„ = x3 n¿ : tý số biến dòng của BI Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ: —— K=lug/Ty

Ở đây, dòng ngắn mạch cực tiểu qua chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch xảy

ra ở cuối khu bảo vệ Yêu cầu :

k„> 1.1 — 1.3 khi làm bảo vệ đữ trữ

k„y > 1.8 ~ 1.8 khi làm bảo vệ chính

Đây là một bảo vệ phổ biến, được dùng rộng rãi làm bảo vệ chính hoặc

bảo vệ dự trữ cho các thiết bị điện

Bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc

Là bảo vệ có thời gian tác động phụ thuộc vào dòng điện ởi qua rơ le

Cơ cấu tạo thời gian của rơ le này đều chịu tác động của đòng điện đi qua chỗ

đặt bảo vệ Dòng điện càng lớn thời gian tác động càng nhanh Đặc tính thời gian tác động của rơ le :

t.ạ=f(Ig/1n)

Trong đó : t„ — thời gian tác động của rơ le; lạ - dòng điện đi qua rơ le;

I — dòng điện chính định của rơ le

Trang 30

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ t, sec DOIN 1 2 3 4 5 kf Đặc tính này có dạng đường cong hybebôn và được gọi là đặc tính nghịch thời hạn

Đặc tính nghịch thời hạn có các dạng phổ biến sau :

Nghịch thời hạn tiêu chuẩn Nghịch thời hạn đài Nghịch thời hạn ngắn Nghịch thời hạn vừa Nghịch thời hạn sâu Nghịch thời hạn rất sâu

Mỗi rơ le có nhiều giá trị dòng chỉnh định J, khác nhau, và đo đó có nhiều đặc tính thời gian Tập hợp các đặc tính thời gian của rơ le hợp thành họ

đặc tính thời gian

Đặc tính nghịch thời hạn điển hình biểu diễn bởi các phương trình sau:

Trang 31

ở đây, t— thời gian tác động

1~ dòng điện qua rơle (nhân với hệ số đặt)

IL.7 Bao vệ quá áp máy phát

Điện áp đầu cực máy phát điện có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc trong hệ thống tự động điều chính kích từ hoặc khi máy phát bị

mất tải đột ngột Khi mất tải đột ngột mức quá điện áp ở các máy phát thuỷ điện có thể đạt đến 200% trị số danh định là do hệ thống tự động điều chỉnh

tốc độ quay của tuabin nước có quán tính lớn, khả năng vượt tốc của rô to máy phát cao hơn nhiều so với máy phát điện tuabin hơi Ngoài ra các máy phát thuỷ điện thường nằm xa trung tâm phụ tải và bình thường phải làm việc với các mức điện áp ở đầu cực cao hơn điện áp danh định để bù lại điện áp giáng trên hệ thống truyền tải, khi mất tải đột ngột mức quá áp lại càng cao Quá điện áp ở đầu cực máy phát điện có thể gây tác hại cho cách điện cuộn dây và các thiết bị đấu nối vào đầu cực máy phát Còn đối với máy phát điện làm việc hợp bộ với máy biến áp sẽ làm bão hoà mạch từ của máy biến áp tăng

Bảo vệ chống quá điện áp đặt ở máy phát điện thường gồm hai cấp

Cấp 1 (RUI) với điện áp khởi động :

User = 1,1 Vag

Cấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chính

kích từ để giảm kích thích máy phát điện

Cấp 2 làm việc tức thời tác động cắt máy cắt điện đầu cực máy phát và

tự động điệt từ trường của máy phát điện

Trang 32

BAO CAO TONG KET KHOA HOC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ one: 5 Cat máy cắt RU2> Cat wich từ BU ro = No 51G Đến hệ thống điểu chỉnh

Hình I[.7 Bảo vệ quá điện áp hai cấp đặt ở máy phát điện 1.8 Bảo vệ chống chạm đất 95% cuộn day stator

Cham dat trong quan đây stator là loại sự cố bên trong thường gặp ở máy phát điện Trong lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp hoặc nối đất qua điện trở nhỏ sơ đồ bảo vệ quá dòng ba pha nối hình sao dễ dàng phát hiện chạm đất trong cuộn đây stator vì dòng điện chạm đất lớn gấp nhiều lần đồng điện danh định Đối với mạng điện áp máy phát làm việc với trung tính không nối đất hoặc nối đất qua quận Petersen thì dòng điện chạm đất không lớn, đặc biệt đối với máy phát điện nối hợp bộ với máy biến áp Những máy phát điện nối với thanh góp điện áp máy phát thường có công suất bé và sơ đồ bảo vệ thường dựa trên nguyên lý làm việc theo biên độ hoặc hướng đòng điện chạm đất Phương pháp biên độ thường được sử dụng khi thành phần dòng điện

chạm đất từ phía điện dung hệ thống lớn hơn nhiều so với thành phần đòng

điện chạm đất từ phía điện dung máy phát Vì dòng chạm đất phụ thuộc vào vị trí của điểm chạm đất œ, nên nếu chạm đất xảy ra gần phía trung tính thì bảo vệ sẽ không đủ độ nhạy Bảo vệ phản ứng theo biên độ đồng điện chạm đất chi

Trang 33

đảm bảo được độ nhạy khi vị trí da 30%, nghĩa là chỉ bảo vệ được khoảng

70% cuộn dây stator kể từ đầu cực máy phát vào

Hình IL.8 Bảo vệ chạm đất trong cuộn day stato máy phát điện

Phương pháp hướng dòng điện có thể mở rộng vùng bảo vệ chạm đất

đến khoảng 90% cuộn dây kể từ đầu cực máy phát vào Sơ đồ nguyên lý của

bảo vệ trình bày trên hình 7 Vùng tác động TH AT Vùng hốm Đổ thị vectơ CLI t 3a=1?' Blo lu : | 3 đ2

Hình II.9 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ hướng dòng điện

Rơle so sánh tương quan giữa dòng điện làm việc ly và dòng điện hãm I, theo quan hệ:

Trang 34

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ AIE=eli,l-li vì

Trong đó : ig Flytip™

ipy=ly- ip?

V6i: iy 1A ddng dién lay tir nguén dién 4p U, ip? lay từ bộ lọc dòng thứ tự không

1IL9 Bảo vệ thấp áp máy phát

Nguyên nhân gây ra thấp áp máy phát trong hệ thống thuỷ điện nhỏ là:

Khởi động động cơ có công suất lớn

Bị ngắn mạch tại một điểm nào đó

Do hệ thống điều chính điện áp bị trục trặc

Việc bảo vệ sụt áp máy phát là bảo vệ cho máy phát chứ không phải bảo vệ cho phụ tải Khi công suất tiêu thụ trên phụ tải quá lớn gây ra tình trạng quá tải kéo theo tình trạng quá tốc ở máy phát Hậu quả gây ra đối với máy

phát là bị quá tải với dòng lớn gần như ngắn mạch, máy phát có thể phải cắt ra khỏi mạng lưới nếu như tình trạng sụt áp quá nhiều

Việc bảo vệ thấp áp cho máy phát được thực hiện bằng một cuộn hút

của rơle thấp áp thường được chỉnh định để hoạt động khi điện áp còn 70% điện áp danh định với thời gian trễ khoảng 0.5s khi quy định của hệ thống tự điều chỉnh điện áp là 15% nhưng bảo vệ là 25% vì người ta phỉ để ra phần dư

để cho trường hợp khi máy không đủ tốc độ do một nguyên nhân nào đó hoặc

điện áp của hệ thống tiếp tục giảm xuống thấp hơn nữa Thông thường rơle được đặt ngay gần aptômát

Trong hệ thống điều chỉnh điện áp nếu có phần điều chỉnh theo độ lệch thường phải có bảo vệ điện áp vì điện áp đưa vào để so sánh không đúng mà là tín hiệu giả Tuy nhiên việc bảo vệ thấp áp cho máy phát đôi khi không nằm

trong phần điều khiển của aptômát chính mà nó nằm ngay trong hệ thống điều

chỉnh điện áp bằng cách làm mất điện áp kích từ của máy phát đó chứ không

tác động đóng ngắt trực tiếp

Trang 35

BAO CAO TONG KẾT KHOA HỌC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

11.10 Cham dat réto

Đối với máy phát điện công suất bé và trung bình, thường người ta đặt

bảo vệ báo tín hiệu khi có một điểm chạm đất trong mạch rôto và tác động cắt

máy phát điện khi xây ra chạm đất điểm thứ hai

Các sơ đồ bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây rôto của các

máy phát điện hiện đại thường tác động cắt máy cắt (để loại trừ khả năng xảy

ra điểm chạm đất thứ 2) và dựa trên một trong những nguyên lý sau:

- Do điện dẫn của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp tần số công nghiệp 50Hz - Rotor của mấy kích thích Mốy kích thích

Cuộn đây rofor của

may phat dién

Role do dién dan

Hình H10 Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất cuộn dây rotor máy phát điện có hệ thống kích từ không chổi than với điết chỉnh lưu lắp trực tiếp trên thân rotor

dựa trên nguyên lý ảo điện dẫn

- Đo điện trở của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp

một chiều hoặc tín hiệu sóng chữ nhật tần số thấp

Nguồn điện áp phụ xoay chiều tần số công nghiệp được đặt vào giữa trung điểm của cuộn dây máy kích thích xoay chiều 3 pha và thân rôto của máy phát điện thông qua các vành góp và chối than S1 và S2 Bộ lọc tần số LF chỉ cho tần số công nghiệp chạy qua rơle đo điện dẫn RY để loại trừ hài bậc cao trong phép đo

Điện dẫn mà rơle RY đo được chủ yếu xác định theo điện trở R; và

điện dung C- đối với đất của mạch kích thích

Trang 36

BAo CAO TONG KET KHOA HOC ĐỀ TÀI HỢP TÁC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ

1L11 Bảo vệ so lệch có hãm

Bảo vệ so lệch có hãm được dùng làm bảo vệ chính để chống chạm

chập giữa các pha trong cuộn dây máy phát điện

Trong sơ đồ bảo vệ máy phát điện, người ta đặt 2 nhóm máy biến dòng ở đầu cuộn dây: Phía trung điểm và phía đầu cực

Rơ le làm việc theo tương quan giữa dòng điện so lệch và dòng điện hãm Các dòng điện này có thể được hình thành theo nhiều cách khác nhau

Hình sau trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có

hãm dùng cho máy phát điện đồng bộ Khác với bảo vệ đường dây tải điện Ở

đây các tổ máy biến đồng nằm gần nhau nên chúng có thể được nối trực tiếp với nhau bằng dây dẫn phụ

Thông thường hai nhóm máy biến dòng ở phía trung tính và đầu cực của máy phát điện được chọn hoàn toàn giống nhau nên người ta có thể dùng

phương án bảo vệ so lệch tổng trở cao để bảo vệ cho máy phát điện

Role so léch trong so dé nay có điện trở khá lớn và phản ứng theo điện

áp đặt lên mạch so lệch ở chế độ vận hành bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, nếu các nhóm biến dịng khơng bị bão hồ hoặc có mức độ bão hoà giống nhau thì các sức điện động và cảm kháng giống nhau

Trị số điện áp đặt trên rơle so lệch phụ thuộc vào tương quan giữa điện trở thứ cấp của máy biến đồng (gồm điện trở cuộn thứ cấp và dây dẫn phụ nối giữa hai nhóm máy biến dòng)

Đối với các máy phát điện có công suất lớn, hằng số thời gian tắt dần

của thành phần một chiều trong dòng điện ngắn mạch có thể đạt đến hàng tram ms gay nên hiện tượng bão hoà của mạch từ các máy biến dòng và làm chậm tác động của bảo vệ khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ Vì vậy đối với các máy phát điện có công suất lớn cần sử dụng những sơ đồ bảo vệ tác động nhanh, trước khi xảy ra bão hoà mạch từ của biến đòng Dưới đây là hình mô tả sơ đồ bảo vệ đó

Trang 37

Hình II I1 Sơ đồ bảo vệ so lệch có hấm tác động nhanh dùng cho máy phát điện công suất lớn

M.12 Hệ thống làm mát máy phat

Phần lớn các tổn thất của máy phát xảy ra đưới dạng nhiệt Vì vậy việc

làm mát là cần thiết để giới hạn nhiệt độ tăng cao nằm trong phạm vị cho phép Có nhiều phương pháp làm mát được nêu trong bảng sau Trong đó biện pháp làm mát bằng thông gió tự nhiên được sử dụng trong nhiều trường hợp dưới điều kiện môi trường thông thường tuy nhiên nếu nhà trạm nhỏ và nhiệt tích tụ trong nhà thì cần dùng ống dẫn đưa không khí ra ngoài nhà trạm

Trong hệ thống ĐL- ĐK- TĐH gồm rất nhiều các hạng mục nhỏ khác nhau, và thường được chia thành các tủ khác nhau tuỳ theo tính năng và tác dụng Hạng mục kích từ và tự động điều chỉnh điện áp máy phát là 1 phần rất quan trọng trọng hệ thống, nó quyết định chất lượng và công suất điện phát lên lưới

1V KÍCH TỪ VÀ AVR [11,14,15,16,18,19]

TYV.1 Nguyên lý và chức nang

Mỗi hệ thống kích từ của máy phát được trang bị một bộ điều chỉnh tự

động điện áp (AVR) Bộ AVR được đấu nối với các biến điện áp một pha 110VA.C riêng biệt nhau nằm trong tủ thiết bị đóng cất máy phát Máy biến

Trang 38

điện áp cung cấp tín hiệu tỉ lệ với điện áp trên đường dây tới bộ AVR và nó so sánh với điện áp tham chiếu đặt trước, tín hiệu sai lệch được sử dụng để điều khiển đầu ra phía trường kích thích Bộ AVR hiện đại phải đáp ứng được các

điểu kiện sau:

- Tất cả các máy phát đồng bộ đều phải có hệ thống kích thích với

bộ AVR hoạt động ở chế độ liên tục

- Điện áp kích thích ngưỡng ít nhất phải bằng 150% giá trị điện áp kích thích danh định,khi giá trị điện áp phát lên lưới chỉ khoảng 70% giá trị điện áp danh định của máy phát

- Bộ kích thích phải có khả năng đưa ra dòng không nhỏ hơn khoảng thời gian quá tải trong dây quấn phần ứng của máy đồng bộ

- Bộ AVR phải duy trì được điện áp đầu cực mấy phát ổn định trong khoảng +5% giá trị đặt trong toàn bộ thời gian vận hành

- Tích hợp cả chức năng ổn định hệ thống PSS (Power System

Stabilizer)

- Có chức năng hạn chế, bảo vệ thiếu kích từ UEL và quá kích từ

OEL (Under Excition Limiter va Over Excition Limiter)

- Có mạch bảo vệ đưa ra tín hiệu cảnh báo : quá áp, quá dòng, cham dat

Bộ AVR cơ bản gồm có một vòng lặp điều chỉnh điện áp bằng các tín hiệu tích phân tải để đạt được sự ổ định tạm thời và ổn định động Đo lường

điện áp máy phát được thực trên cả ba pha Độ chính xác của điện áp điều chỉnh nằm trong khoảng 5% giá trị cài đặt, trong các chế độ vận hành từ

không tải tới đầy tải

Một tín hiệu điều khiển từ bên ngoài được tác động vào bộ AVR để thay đổi liên tục giá trị điều chỉnh mẫu mà không cần bất cứ một bộ phận

quay nào Một mạch cản có thể được sử dụng để hạn chế độ đốc của tín hiệu bên ngoài, nếu cần thiết

Trang 39

Bộ AVR được cung cấp với các bộ giới hạn giá trị kích từ min, max và

có thể điều chỉnh; bộ giới hạn cho phép tổ máy vận hành an toàn và ổn định

thậm chí tại các giá trị giới hạn trên và giới kích từ Bộ giới hạn hoạt động sẽ

tác động điều chỉnh các góc mở thyristor Nó có khả năng đưa đường cong

vận hành của bộ giới hạn càng gần với đường cong công suất của tổ máy Do sự xuất hiện sụt áp tức thời hoặc do ngắn mạch ngoài, bộ giới hạn quá kích từ sẽ không phản ứng trong khoảng 1s để cho phép chính xác lại dòng kích từ cưỡng bức Các giá trị đo lường thích hợp như đo tính trễ của mạng được lấy để đưa vào phục vụ chế độ vận hành dưới kích từ Hệ thống kích từ có 2 thành phần chính: mạch lực và hệ thống điểu khiển

Mạch lực bao gồm cuộn đây kích từ và mạch chỉnh lưu, cuộn dây kích

từ được đặt ở phần quay của máy phát điện — roto, cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ lồi hoặc các cực từ ẩn Chỉnh lưu cũng được chia ra làm hai

loại: chỉnh lưu cơ khí và chỉnh lưu bằng các bộ cầu thyristor + điot có điều khiển Chỉnh lưu cơ khí chính loại chỉnh lưu cổ góp

Hệ thống điều khiển: ở đây chỉ để cập đến hệ thống điều khiển của các khối thyristor, hệ thống điều khiển làm nhiệm vụ điểu khiển đóng mở các

thyristor cấp nguồn một chiều cho cuộn kích từ làm việc ổn định trong mọi

chế độ vận hành của máy phát điện Hệ thống điều khiển có nhiều phương

pháp: phương pháp phức hợp dòng, phức hợp pha, độ lệch và hỗn hợp Trong thực tế hai phương pháp hay được dùng là phức hợp pha và phương pháp hỗn

hợp

Trong chế làm việc bình thường điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều chỉnh

được điện áp đầu cực máy phát, thay đổi lượng công suất phản kháng phát vào

lưới Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) làm việc nhằm giữ điện ấp

không đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tải biến động Ngoài ra TĐK còn nhằm các mục đích nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ máy phát điện

Trang 40

'vào hệ thống, đặc biệt khi nhà máy nối với hệ thống qua đường dây dài, đảm

bảo ổn định tĩnh, nâng cao tính ổn định động |

Trong chế độ sự cố (ngắn mạch trong lưới .) chỉ có bộ phận kích thích cưỡng bức làm việc chủ yếu, nó cho phép duy trì điện áp của lưới, giữ ổn định cho hệ thống

Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào đặc trưng và thông

số của hệ thống kích từ cũng như kết cấu của bé phan TDK

Để cung cấp tin cậy đồng một chiều cho cuộn đây kích từ của máy phát điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với công suất định mức đủ lớn Thông thường đòi hỏi công suất định mức của hệ thống kích từ bằng (0,2 - 0,6) công suất định mức máy phát điện

Việc tạo ra các hệ thống kích từ có công suất lớn như vậy thường gặp khó khăn Đó là vì công suất chế tạo các mấy phát điện một chiều bị hạn chế

bởi điều kiện làm việc của bộ phận đổi chiều Khi công suất lớn bộ phận này

làm việc kém tin cậy và mau hỏng do tia lửa phát sinh Với các máy phát điện công suất lớn, người ta phải áp dụng các hệ thống kích từ đùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưu

Ngoài công suất định mức và điện áp định mức, hệ thống kích từ còn được đặc trưng bằng hai thông số quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn

Ủy và hằng số thời gian T,

Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất có thể tạo ra được

của hệ thống kích từ Điện áp này càng lớn thì phạm vi điểu chỉnh dòng kích từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh Đối với máy phát tubin

hơi thường có Uy, > 2U„„ còn ở máy phát điện thuỷ điện Uy, > 1,8U„ Trong nhiều trường hợp, để áp ứng yêu cầu cần ổn định hệ thống người ta chế

tao Ui, = (3 - 4)U„„ Tuy nhiên, Ù càng lớn đòi hỏi hệ thống kích từ phải có

khả năng cách điện càng cao

Hằng số thời gian T, đặc trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ, nó xác định bởi quán tính điện từ của các cuộn dây điện cảm T, có giá trị càng nhỏ thì tốc độ điều chỉnh kích từ càng nhanh Người ta đặc trưng tính tác động

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	4,23 MB