Hệ thống kích từ ex2000 của nhà máy thủy điện hàm thuận

LỜI NÓI ĐẦU Nhà máy thủy điện đóng vai trị quan trọng chiến lược phát triển nguồn lượng Quốc gia Do tầm quan trọng nên việc vận hành an toàn hiệu nhà máy cần thiết để đảm bảo tính ổn định chung toàn hệ thống điện Để đáp ứng yêu cầu trên, thiết bị, hệ thống công nghệ nhà máy phải làm việc tin cậy an toàn Ngoài ra, yếu tố người vận hành thiết bị quan trọng người chủ thể trực tiếp tác động lên thiết bị Hệ thống kích từ hệ thống cơng nghệ thuộc nhà máy, đáp ứng yêu cầu kích thích cho tổ máy, đóng góp phần quan trọng việc vận hành ổn định nhà máy Do đó, mục đích người làm chuyên đề nhằm đưa kiến thức hệ thống kích từ như: mơ tả hệ thống, quy định an toàn, vận hành, tượng bất thường cố để người vận hành có kiến thức sâu hệ thống, am hiểu thiết bị thuộc hệ thống, từ vận hành an tồn hiệu hệ thống đảm nhiệm, góp phần hồn thành nhiệm vụ chung nhà máy Qua thời gian thực chuyên đề, tìm hiểu tài liệu quan tâm giúp đỡ Phân xưởng vận hành II thuộc NMTĐ Hàm Thuận, đạo Trưởng Ban mà đặc biệt đạo trực tiếp Quản đốc phân xưởng vận hành A-Vương đến chuyên đề tơi hồn thành Tuy nhiên, thời gian có hạn, tính phức tạp chun đề trình độ kinh nghiệm cịn hạn chế, nên thời gian thực chuyên đề không tránh khỏi sai sót mong ý kiến đóng góp Lãnh đạo đồng nghiệp để chuyên đề hoàn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn 1/41 4/2007 Người biên soạn Hu ỳnh Thanh Nga Chương 1: MƠ TẢ HỆ THỐNG 1.1- Khái quát - Hệ thống kích từ EX2000 nhà máy thủy điện Hàm Thuận hệ thống số hãng GE-USA cung cấp có chức kích từ cho tổ máy Bao gồm hai phần: phần cứng phần mềm Phần cứng bao gồm thiết bị sau: + Máy biến kích từ + Bộ lọc nguồn + Máy biến cấp nguồn cho quạt cấp nguồn điều khiển + Module điều khiển + Module bảo vệ + Bộ cấp nguồn nuôi + Bộ phát chạm đất kích từ + Bộ khử điện áp trục + Module khử từ + Module bảo vệ áp thyristor + Module mồi ban đầu + Màn hình điều khiển IOS 2/41 4/2007 Phần mềm sử dụng chương trình Super Tool 2000 (ST2000) để cài đặt, chỉnh định thông số giao tiếp với hệ thống thông qua cổng RS-232C (tổng quan phần mềm điều chỉnh xem sơ đồ 1) - Hệ thống kích từ cho tổ máy gồm hai điều chỉnh AVR1, AVR2 bảo vệ Trong trường hợp vận hành bình thường AVR1 làm việc cịn điều chỉnh AVR2 làm việc dự phòng nối với tải giả Khi phát có tượng bất thường bảo vệ đưa tín hiệu đến điều khiển để chuyển sang làm việc dự phịng AVR2 - Bộ điều chỉnh có hai chế độ làm việc điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát điều chỉnh điện áp kích từ hay gọi điều chỉnh điện áp tự động (AVR) điều chỉnh điện áp kích từ (FVR) - Khi vận hành điều khiển điều chỉnh AVR giá trị điện áp đầu cực máy phát ln ln trì trạng thái phụ tải - Khi vận hành điều khiển FVR số điện áp kích từ máy phát giữ khơng đổi điều kiện vận hành điện áp đầu cực máy phát - Bình thường chọn AVR làm việc tự động chuyển sang FVR bị tín hiệu PT, CT đầu cực máy phát - Cơng suất cung cấp cho hệ thống kích từ lấy từ máy biến kích từ (PPT) nối trực tiếp dao cách ly đầu cực máy phát - Hệ thống kích từ chia làm khối chức sau (xem sơ đồ 2): + Khối nguồn + Khối điều khiển + Khối đo lường bảo vệ HỆ THỐNG KÍCH TỪ Khối nguồn Khối 3/41điều khiển Sơ đồ 1: Sơ đồ khối chức 4/2007 Khối đo lường bảo vệ - Mối liên hệ khối chức năng: (xem phụ lục 1.5b) Các đầu vào khối chức mối liên hệ khối chức thể sơ đồ - Mối liên hệ với hệ thống/thiết bị khác: + Máy phát + Hệ thống tự dùng AC, DC + Hệ thống điều khiển + Hệ thống đo lường bảo vệ - Nhận biết hệ thống: Máy biến kích từ, máy cắt kích từ 52E, dãy tủ kích từ có màu xám bố trí sau: + Máy biến kích từ bố trí cao trình 226,5m + Máy cắt kích từ 52E bố trí cao trình 226,5m + Dãy tủ kích từ bố trí cao trình 332,5m (xem phụ lục 1.1- Sơ đồ bố trí khơng gian thực hệ thống kích từ) 1.2- Chức Thiết lập điều chỉnh điện áp máy phát hệ thống 1.3- Nhiệm vụ 1.3.1- Nhiệm vụ chung hệ thống Hệ thống kích từ phải đảm bảo chức sau đây: - Kích từ cho tổ máy - Kích từ ban đầu trường hợp khởi động đen tổ máy - Khởi động tự động hòa vào lưới phương pháp đồng xác - Tăng kích thích máy phát cố hệ thống điện làm giảm điện áp máy phát - Giảm kích thích máy phát cố hệ thống điện làm giảm điện áp máy phát 4/41 4/2007 - Ngồi ra, hệ thống kích từ cịn chứa đựng chức bảo vệ, chức dập từ cho tổ máy trường hợp cố 1.3.2- Nhiệm vụ cụ thể khối 1.3.2.1- Khối nguồn Nhiệm vụ khối cung cấp nguồn ban đầu cho chỉnh lưu (nguồn lực) nguồn cung cấp cho module điều khiển module bảo vệ hoạt động 1.3.2.2- Khối điều khiển Điều khiển thyristor chỉnh lưu để chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC cấp cho cuộn dây rotor 1.3.2.3- Khối đo lường bảo vệ - Khối đo lường có chức đo điện áp phản hồi từ đầu cực máy phát đưa vào khối điều khiển, để đảm bảo trình điều khiển xác đáp ứng tín hiệu đầu mong muốn - Khối bảo vệ: Có nhiệm vụ bảo vệ bên bên ngồi kích từ Ngồi khối cịn có nhiệm vụ đưa tín hiệu đưa đến điều khiển để chuyển đổi Core làm việc sang dự phịng chuyển chế chế độ vận hành từ tự động sang vận hành tay 1.4- Cấu tạo - Theo nhiệm vụ vừa trình bày trên, hệ thống kích từ chia thành khối chức theo sơ đồ (xem sơ đồ 1) - Cấu tạo chi tiết khối trình bày sau: 1.4.1- Khối nguồn (Xem hình ảnh thiết bị Phụ lục – Hình ảnh hệ thống kích từ) Khối nguồn (khối 1) bao gồm thiết bị sau: Thiết bị 1.1- Máy biến kích từ (PPT) Thơng số kỹ thuật: - Hãng chế tạo : HAMMOND – CANADA - Loại : Khô, pha - Công suất định mức : 1180 kVA - Điện áp định mức : 13.8 kV/0.4 kV - Dòng định mức : 46.0A/1512A 5/41 4/2007 - Sơ đồ đấu dây : Yd1 - Tần số định mức : 50 Hz - Điện ngắn mạch : 6.09 - Hệ thống làm mát : Tự nhiên (AN) - Độ gia tăng nhiệt độ cho phép cuộn dây : o 80 C - Hệ số tải điện áp: + 150 Uđm phút + 160 Uđm 10 phút - Đầu đổi nấc không tải : nấc 13.11; 13.45; 13.8; 14.14; 14.49KV/0.4KV Nhiệm vụ: hạ điện áp từ 13,8kV xuống giá trị cần thiết 400V để cung cấp cho cầu nắn kích từ SCR qua CB 52E đóng vai trị cách ly với hệ thống điện cao Thiết bị 1.2- Máy cắt kích từ (52E) Cấu tạo: - Gồm hai cuộn cắt cuộn đóng - Nạp lị xo tay cho q trình đóng máy cắt Thông số kỹ thuật: - Hãng chế tạo : GE- CANADA - Loại : WaveProTM - Dòng điện chịu đựng : 800 – 2000A - Dãy điện áp làm việc : 240 – 600 Vac Nhiệm vụ: đóng để cấp nguồn cho hệ thống kích từ, mở để lập hệ thống kích từ Ngồi ra, cịn có chức cách ly mạch kích từ Thiết bị 1.3- Bộ lọc Thông số kỹ thuật: Điện trở R = 8.3, tụ điện C = 5.0F, cầu chì: 30A-600V Nhiệm vụ: lọc thành phần sóng hài bậc cao trước vào chỉnh lưu Thiết bị 1.4- Máy biến cấp nguồn Nhiệm vụ: - Cấp nguồn pha 460V cho quạt làm mát thyristor - Cấp nguồn pha 115V cho điều khiển - Cấp nguồn pha 115V cho bảo vệ Thiết bị 1.5- Động quạt làm mát cho cầu chỉnh lưu SCR 6/41 4/2007 Thông số kỹ thuật: - Điện áp nguồn : 460V - Công suất quạt : 3hp - Tần số : 50Hz Nhiệm vụ: Làm mát cho cầu chỉnh lưu SCR Thiết bị 1.6- Cơngtắctơ 53A Nhiệm vụ: đóng/mở trình tự mồi ban đầu Thiết bị 1.7- Bộ bảo vệ biến thiên điện áp diode Nhiệm vụ: bảo vệ du/dt nhằm tránh điện áp đột ngột diode Thiết bị 1.8- Diode Nhiệm vụ: Tránh dòng ngược trở lại ắcquy mồi ban đầu Thiết bị 1.9- Shunt đo lường Cấu tạo: kiểu giống điện trở đo lường Thơng số kỹ thuật: dịng điện định mức 100A Nhiệm vụ: phản hồi dòng mồi ban đầu để đưa tín hiệu vào điều khiển mở côngtắctơ 53A đưa vào bảo vệ để bảo vệ q trình mồi Thiết bị 1.10- Cơngtắctơ 53B Nhiệm vụ: - Đóng trình tự mồi ban đầu - Mở mồi thành cơng (khi dịng kích từ đạt 20% dịng kích từ khơng tải) 1.4.2- Khối điều khiển (Xem hình ảnh thiết bị Phụ lục – Hình ảnh hệ thống kích từ) Khối điều khiển (khối 2) bao gồm thiết bị sau: Thiết bị 2.1- Bo cấp nguồn cho điều khiển Thông số kỹ thuật: - Đầu vào cấp cho bo cấp nguồn ni bao gồm: + Nguồn 115VAC từ cuộn dây thứ cấp máy biến cấp nguồn cho quạt + Nguồn nuôi thứ hai nguồn 125Vdc từ ắcquy nhà máy cung cấp Nhiệm vụ: cung cấp nguồn nuôi DC (24Vdc, 120Vdc cho điều khiển, hình điều khiển IOS, module khử từ, 7/41 4/2007 module điều khiển mồi, máy cắt từ trường, rơle công tắc từ Thiết bị 2.2- Bộ điều khiển Bộ điều khiển bao gồm điều chỉnh điện áp tự động (AC) điều chỉnh điện áp tay (DC) a- Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AC regulator): Cấu tạo: gồm bo mạch điện tử chứa đựng vi xử lý để xử lý tín hiệu vào Thông số kỹ thuật: - Khoảng điều khiển: thông thường 80% đến 110 % điện áp định mức máy phát (tương ứng 11.04kV đến 15.18kV), hai giới hạn điều chỉnh có yêu cầu - Tần số: áp dụng cho 50/60 Hz - Điện áp đầu vào: Tín hiệu điện áp pha PT (sơ đồ tam giác hở) Điện áp dây thứ cấp PT 120 V 50 hay 60 Hz Trở kháng cho PT nhỏ 10 VA cho tất hệ thống - Dòng điện đầu vào: Yêu cầu sử dụng CT cho pha Dòng thứ cấp máy biến dòng đến A dòng định mức máy phát Trở kháng CT nhỏ VA Nhiệm vụ: Bộ điều khiển dùng để điều khiển kích từ Nó cho phép thực chức Start/Stop điều khiển tiếp điểm mồi, relay phụ, module khử từ Nó có chức điều chỉnh điện áp máy phát, dịng diện kích từ, có giới hạn điều chỉnh V/Hz, UEL, OEL Nguyên lý hoạt động: Máy phát đặc trưng sức điện động EF điện kháng XF Điện áp đầu cực máy phát xác định theo biểu thức: U F E F  jI F X F Nếu EF = const, IF thay đổi UF thay đổi, để giữ UF = const phải thay đổi EF tức thay đổi kích từ máy phát Theo nguyên tắc tác động, tự động điều chỉnh điện áp chia thành nhóm:  Điều chỉnh điện áp theo độ lệch đại lượng điều chỉnh (ví dụ theo độ lệch điện áp UF)  Điều chỉnh điện áp phụ thuộc vào tác động nhiễu (ví dụ theo dịng điện máy phát I F, theo góc  điện áp dòng điện máy phát) 8/41 4/2007  Điều chỉnh điện áp theo độ lệch đại lượng điều chỉnh theo tác động nhiễu Hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Hàm Thuận tác động theo độ lệch đại lượng điều chỉnh theo tác động nhiễu tức tác động theo điện áp đầu cực dòng điện máy phát (nguyên lý điều chỉnh điện áp trình bày phụ lục 1.5f) Sơ đồ 2: Sơ đồ thay đồ thị vectơ điện áp máy phát Tín hiệu từ PT, CT đầu cực máy phát, tín hiệu AC sau máy cắt 52E nguồn DC sau chỉnh lưu lấy mẫu thành tín hiệu có dịng áp phù hợp đưa đến bo TCCB Tại tín hiệu tương tự đưa vào bo LDCC bo xử lý Bo chứa điều chỉnh tích phân tỉ lệ, so sánh tín hiệu điện áp đầu cực máy phát với tín hiệu tham chiếu điều khiển (13,8kV) để tạo tín hiệu sai lệch Tín hiệu đưa tới PI để kiểm soát đầu tương ứng với đầu vào đưa đến bo DCFB để chuyển đổi tín hiệu số lại thành tín hiệu tương tự đưa vào mạch kích xung PCCA chứa biến áp xung để kích tăng/giảm góc mở thyristor Các giá trị đầu vào điều chỉnh AC: - Bộ bù dòng điện kháng (RCC): Cân công suất vô công tổ máy vận hành song song - Giới hạn V/Hz: Tỷ số phải giới hạn để tránh từ thông máy phát biến vận hành điện áp hay tần số thấp, phối hợp trường hợp - Bộ ổn định hệ thống (PSS): Bộ cải thiện tính ổn định độ cho hệ thống Bộ PSS cấp tín hiệu 9/41 4/2007 tốc độ tổng hợp sở tích phân cơng suất gia tốc Nó làm cho đường biểu diễn cơng suất phẳng đưa vào làm việc - Bộ giới hạn kích thích (OEL) - Bộ giới hạn kích thích (UEL): Dùng để ngăn chặn giảm kích từ máy phát tránh nhiệt lõi thép stator Đường cong UEL: Đường cong giới hạn UEL khối phát hàm tuyến tính điểm tạo thành Hàm hoàn toàn nằm bên trái Y0: điểm thứ nhất, bên phải Y4: điểm cuối Toạ độ X tăng đơn điệu X0