Hệ thống điều khiển kích từ máy phát nhà máy thủy điện hòa bình

Chơng 1: Giới thiệu công nghệ sản xuất điện 1.1 Giới thiệu chung hệ thống sản xuất điện Ngày lợng cung cấp cho dân dụng công nghiệp chủ yếu điện năng, điện dạng lợng dễ vận chuyển, dễ sản xuất dễ chuyển hoá thành dạng lợng khác nh quang năng, năng, hoá năng, nhiệt Điện dạng lợng đặc biệt ngời tạo dễ dàng sử dụng tự nhiên tồn số dạng lợng, nhiên chúng không sử dụng đợc Điện đợc sản xuất chuyển dạng lợng sơ cấp nh lợng dòng nớc (thuỷ năng) nhiệt năng, lợng, sức gió, lợng mặt trời, lợng hạt nhân, lợng thuỷ triều, lợng nhiệt nớc ngầm lòng đất, thành lợng điện Tuỳ vào loại lợng sơ cấp mà ngời ta chia loại nhà máy điện chính: nhà máy thuỷ điện (NTĐ), nhà máy nhiệt điện (MNĐ), nhà máy điện nguyên tử (NNT) Bảng dới cho thấy tình hình tiêu thụ lợng sơ cấp số nớc giới năm 1999 Vang Yang Thor Tou Tiêu thụ lợng sơ cấp số nớc (năm 1999) Tiêu thụ Tron lợng sơ cấp, g Than Khí Hạt Thuỷ tự đơn vị triệu Tên nớc (%) nhiê nhân dầu tơng dầu (%) (%) (%) n (%) đơng Mỹ 250 40,0 24,6 25,2 9,0 1,2 Liên Xô 908 20,0 18,9 53,1 5,8 2,2 (cò) Trung 753 26,6 67,9 2,6 0,5 2,4 Quèc NhËt B¶n 507 51,0 10,0 13,2 16,2 1,6 §øc 331 40,0 24,4 21,8 13,2 0,6 Ên §é 276 34,3 54,3 7,7 1,2 2,5 Ph¸p 252 38,2 5,6 13,4 40,2 2,6 Cana®a 228 36,4 14,0 28,3 8,3 13,0 Anh 222 35,4 16,1 37,0 11,2 0,3 Ytalya 166 56,3 7,5 35,5 0,7 Toµn thÕ 8534 40,4 25,0 24,2 7,6 2,6 giới Việc sản xuất tiêu thụ lợng điện đánh giá tình hình phát triển quốc gia Ngoài từ số nhà máy điện biến đổi trực tiếp lợng sơ cấp thành điện (nhà máy điện sử dụng lợng xạ mặt trời )NMT), phần nhiều máy phát thời biến thành điện qua trung gian từ trờng Cơ đợc cung cấp cho máy phát gọi sức kéo, sức kéo dùng để làm quay máy phát Do trình sản xuất điện đợc mô tả nh hình vẽ sau: Cơ Nguồn l ợng sơ cấp Turbine Vang Yang Thor Tou Điện Máy Bộ phận phát truyền tải kích từ Hình 1: Hệ sản xuất điện * Nguồn lợng sơ cấp: nguồn lợng có sẵn tự nhiên nh than, dầu, lợng dòng nớc, lợng sức gió, nguồn lợng sơ cấp dùng để quay turbine đợc gắn cứng trục với máy phát làm quay máy phát phát điện đầu cực máy phát nhà máy nhiệt điện dùng than dầu để đun nóng nớc bao hơi, biến nớc thành nhiệt ngời ta dẫn luồn nhiệt vào cánh tuabine làm quay turbine nhà máy điện nguyên tử nguyên lý giống nhà máy nhiệt điện, nhiên không dùng than dầu để đun nớc mà ngời ta dùng lợng nguyên tử để đun nớc Còn nhà máy thuỷ điện ngời ta lại lợi dụng nguồn nớc để tạo dóng chảy turbine, lợng chảy nớc làm quay cánh turbine Muốn phải đắp đập chắn nớc để tạo nguồn nớc, sau ngời ta thảo nớc cách chủ động để dòng nớc chảy qua cánh turbine làm cho turbine quay * Turbine: phận biến lợng sơ cấp thành trục quay turbine Do trục quay turbine nối với trục máy phát nên làm quay roto máy phát để phát điện * Máy phát: phận trực tiếp sản xuất điện, có nhiệm vụ biến từ turbine thành điện đầu cùc m¸y ph¸t HiƯn m¸y oph¸t dïng c¸c nhà máy điện máy phát đồng bộ, nghĩa sức điện động máy phát phát phụ thuộc vào hai yếu tố, tốc độ quay máy phát từ trờng kích từ máy phát Bộ phận kÝch thÝch cã nhiƯm vơ t¹o tõ trêng mét Vang Yang Thor Tou chiều cuộn dây kích thích máy điện đồng có chuyển động tơng đối từ trờng kích thích vòng dây phần ứng sinh cuộn dây phần ứng sức điện động cảm ứng, tạo đầu cực máy phát điện áp máy phát * Bộ phận truyền tải điện: có nhiệm vụ vận chuyển điện phát từ đầu cực máy phát tới nơi tiêu thụ Việt Nam điện phát từ nhà máy điện quốc gia đợc hoà vào lới điện quốc gia 500kV 1.1.1 Các loại nhà máy điện 1.1.1.1 Nhà máy nhiệt điện Sử dụng nhiệt thoát đốt nhiên liệu hữu (than, dầu khí,) thành điện Hiện giới khoảng 70% điện đợc sản xuất từ nhà máy nhiệt điện Việt Nam nhà máy nhiệt điện đốt than lớn Phả Lại với tổng công suất 1040MW Trong tơng lai mở rộng nhà máy Phú Mỹ với tổng công suất 1000MW Trong tơng lại mở rộng máy máy Phú Mỹ đặt thêm số nhà máy nhiệt điện chạy khí khu vực Ngoài có nhiều nhà máy nhiệt điện nhỏ xây dựng số nhà máy lớn Hà Tĩnh, Quảng Ninh, Hải Phòng với công suất nhà máy 1200MW Tuy nhiên với giá nhiên liệu lên cao nh việc sản xuất điện nhà máy nhiệt diện tơng đối đặt, gây ô nhiễm môi trờng có khí thái Than, dâu đốit có thêm nhợc điểm không tự phục hồi đợc Quy trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện thể hình vẽ dới Vang Yang Thor Tou ~8 4 Hình 2: Sơ đồ khí chức trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện Trong Lò Bình khử khí Bộ nhiệt Bơm nớc cấp Tuabine Máy phát điện Bình ngng Khíp nèi B¬m ngng H¬i sinh ë lò bÃo hoà, đo hoà, đợc dẫn trình biến thành qúa nhiệt Hơi nhiệt đợc dẫn vào tuabin dÃo hoà, đn nở làm quay tuabin đ ợc tuabin đợc nối với roto máy phát đồng qua khớp nối Roto quay sinh điện cực máy phát Hơi sau qua tuabin đợc dẫn vào bình ngng tụ sau đợc dẫn qua bình khử khí đợc bơm nớc cấp đa trở lại lò Nh nớc môi chất trung gian, lợng biến đổi lợng than đầu vào để biến thành điện đầu 1.1.1.2 Nhà máy điện nguyên tử Hiện nhà máy điện nguyên tử phát triển mạnh giới, loại máy sử dụng lợng phân rÃo hoà, đ hạt nhân nguyên tử để biến thành điện Tính đến năm 2000 giới đÃo hoà, đ có 432 phản ứng hạt nhân phục vụ sản xuất điện với tổng công suất 362 triệu kW, sản xuất khoảng 17% lợng điện toàn giới Năng lợng hạt nhân nguồn lợng tuyệt diệu, nhà Vang Yang Thor Tou máy điện hạt nhân có kích thớc nhỏ, không gây ô nhiễm khí quyền, nguyên liệu rẻ Tuy nhiên nhà máy điện hạt đắt hệ thống an toàn phức tạp, phí tổn đào tạo nhân công cao Quy trình sản xuất điện nhà máy điện nguyên tử gần giống với nhà máy nhiệt điện, có hình dạng nh hình 3: 1a 1b ~8 Hình 3: Sơ đồ khối chức trình sản xuất điện tử nhà máy điện nguyên Trong đó: Lò nhà máy nhiệt điện đợc thay nhà lò (1) gồm phản ứng hạt nhân (1a) bình sinh (1b) Tuabin nhà máy điện nguyên tử thờng làm việc vùng bÃo hoà, đo hoà nên không cần nhiệt 1.1.1.3 Nhà máy thuỷ điện Là loại nhà máy điện sử dụng dòng nớc Nó sản xuất khoảng 15% lợng điện toàn giới, nớc có lẽ nguồn lợng sơ cấp tốt nhất, không gây ô nhiễm, không tiền mua, tự hồi phục đợc có ma Tuy NTĐ đòi hỏi chi phí đầu t ban đầu lớn phải xây dựng đập cao, nhng chi phí vận hành nhỏ nên giá thành điện nhỏ giá trị sản xuát điện NTĐ có ý nghĩa lớn vấn đề thuỷ lợi, chống lũ Tuy nhiên việc phát triển thêm NTĐ Vang Yang Thor Tou dần bị hạn chế nhiều nơi giới nguồn nớc hầu nh đÃo hoà, đ đợc sử dụng hết Việt Nam đặc điểm có nhiều sông suối nên thuận lợi vấn đề phát triển thuỷ điện, NTĐ lớn Hoà Bình với công suất 1920MW, Yaly (700mW) Hiện xây dng nhà máy lớn nh Sơn La, Sông Gâm, Bản Mai Các nhà máy vừa nhỏ đợc khuyến khích xây dựng miền Bắc miền Trung Quy trình sản xuất điện nhà máy thuỷ điện đơn giản nhà máy nhiệt điện điện nguyên tử, không theo chu trình kín nh hai nhà máy nói Nớc sau qua tuabin đợc trả trở lại tự nhiên Ngoài ba loại nhà máy điện kể có loại nhà máy điện sau: nhà máy phong điện có công suất vài megaoat, nhà máy điện mặt trời, nhà máy điện sử dụng lợng thuỷ triều có công suất hàng trăm mêgaoats, nhà máy điện địa nhiệt ngời ta chuẩn bị xây dựng nhà máy điện nhiệt lạnh dựa sở tổng hợp hạt nhân 1.2 Máy phát điện đồng Máy phát điện đồng đợc sử dụng rộng rÃo hoà, công nghiệp, phạm vi sử dụng biến đổi thành điện năng, nghĩa làm máy phát điện ba pha để dùng kinh tế quốc dân đời sống Điện đợc sản xuất từ máy phát điện quay tuabin hơn, tuabin khí tuabin nớc Ngoài máy phát điện đợc kéo động sơ cấp khác nh động điêzen động đốt cho máy phát công suất vừa nhỏ nhằm phục vụ cho tải địa phơng, nguồn dự phòng, xí nghiệp công nghiệp nhỏ 1.2.1 Định nghĩa Vang Yang Thor Tou Máy phát điện đồng ba pha máy có tốc độ quay rôto tốc độ tõ trêng quay stato 60 f n = n1 = P (vòng/phút) Trong - P số đôi cực - n tốc độ quay rôto - f tần số có đơn vị Hz - n1 tốc độ quay từ trờng Khi tuabin quay kéo rôto máy phát quay theo cảm ứng đầu cực máy phát điện xoay chiều sức điện động là: E = 44 Kqd f W đm Trong đó: Kdq: hệ số dây quấn; W : Số vòng dây cuộn dây pha dm: từ thông cực đạ dới cực cực từ 1.2.2 Cấu tạo nguyên lý a Cấu tạo Phần tĩnh Phần tĩnh ba cuộn dây ba pha AX, BY, CZ đặt lệch không gian 120 độ Phần quay: nam châm điện chiều có đôi cực kích thích dòng chiều Vang Yang Thor Tou Hình 1.1 Cấu tạo máy điện đồng b Nguyên lý Máy phát điện (G) đợc quay tuabin (T) T cung cấp máy phát điện G thể mômen MCO G nhận MCO biến thành mômen điện Mđiện M dien T G MCO n Hình 1.2: Tổ hợp máy phát tuabin Máy phát điện có vận tốc n = n db = const, tổng mômen tác dụng lên trục máy phát là: MCO + Mđiện = Hay MCO = - Mđiện Dấu trừ thể ngợc chiều hai mômen MCO Mđiện nghĩa Mđiện mang tính hÃo hoà, đm Ta có: P dien Mđiện = db Trong P công suất điện Vang Yang Thor Tou Vậy Pđiện đặc trng cho Mđiện máy phát điện có mômen điện mang tính hÃo hoà, đm tức máy phát điện P làm việc bình thờng, máy phát điện phát lợng hữu ích, nên công suát phát đợc coi số dơng Khi khép mạch cuộn dây AX, BY, CZ qua tải đối xứng ZA = ZB = ZC cuén d©y AX, BY, CZ cã dßng I A, IB, IC lƯch pha vỊ thời gian 1200 điện AX, BY, CZ đặt lệch không gian 120độ IA, IB, IC từ trờng quay với vận tốc = điện Vì tốc độ rôto R = đb nên từ trờng sinh stato không quét rôto, rôto dòng cảm ứng mà có dòng kích thích chiều Trong chế độ làm việc bình thờng máy phát điện làm việc đối xứng, tức dòng lệch pha 120 với môđun IA, IB, IC Nếu lấy IA làm gốc ta có hệ dòng đối xứng nh sau: IA IB = a2 IA (11) IC = a IA Víi a = e120 T¬ng tù nh vËy ta cịng cã mét hệ áp đối xứng lấy uA làm gốc UA UB = a2 UA 1.2.3 Kết cấu đặc ®iĨm a M¸y ph¸t ®iƯn cùc Èn M¸y ph¸t ®iƯn cùc Èn quay nhanh, tøc lµ cã n db lín kích thớc máy gọn nhẹ tiêu hao nguyên liệu đơn vị công suất nhỏ Do quay nhanh lùc ly t©m Vang Yang Thor Tou