Nghiên cứu các phương pháp điều khiển điện áp và phân bố công suất phản kháng trong mạng cung cấp điện, ứng dụng cho mạng cung cấp điện thành phố thái bình

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN .2 1.1 Nhà máy điện 1.2 Tìm hiểu chung máy phát điện đồng 1.3 đặc tính máy phát điện đồng 1.3.1 Đặc tính không tải 1.3.2 Đặc tính ngắn mạch tỉ số ngắn mạch .7 1.3.3 Đặc tính ngồi độ thay đổi điện áp ∆Uđm máy .8 1.3.4 Đặc tính điều chỉnh .9 1.3.5 Đặc tính tải 10 1.4 Các phương pháp điều chỉnh điện áp 11 1.4.1 Các thiết bị điều chỉnh điện áp 13 1.4.2 Các loại điều chỉnh Điện áp 16 1.5 Điều chỉnh điện áp nhà máy điện .28 1.5.1 Điều chỉnh điện áp máy phát điện .28 1.5.2 Điều chỉnh máy biến áp tăng áp 28 1.5.3 Điều chỉnh điện áp cách thay đổi dịng cơng suất phản kháng 29 CHƯƠNG 2: NHIỆM VỤ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP, ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN 31 2.1 Yêu cầu nhiệm vụ ổn định điện áp điều chỉnh công suất phản kháng 31 2.1.1 Vai trò điện áp yếu tố ảnh hưởng đến điện áp 31 2.1.2 Hệ kích từ máy điện đồng .31 2.1.3 Cấu tạo hệ thống kích từ 34 2.1.4 Nhiệm vụ thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (TĐĐCĐA) 37 2.2 Các thiết bị TĐĐC điện áp điển hình 37 2.2.1 Nguyên lý TĐĐC điện áp 38 2.2.2 Hệ thống kích từ máy phát điện chiều 38 2.2.3 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo sai lệch 39 2.2.4 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo nguyên lý bù nhiễu .42 2.2.5 Hệ thống TĐĐC điện áp theo nguyên lý hỗn hợp 45 2.2.6 Các thiết bị TĐĐC điện áp thường dùng máy phát điện đồng công suất nhỏ 45 2.3 Xây dựng sơ đồ TĐĐC điện áp sử dụng Tiristor 51 2.3.1 Đối tượng điều chỉnh 51 2.3.2 Khối điều khiển .52 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO MÁY PHÁT ĐIỆN TUAPIN HƠI CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH 56 3.1 Nhiệm vụ thiết kế: 56 3.1.1 Nhiệm vụ .56 3.1.2 Thông số chung: 56 3.1.3 Hệ thống kích từ cho máy phát điện 57 3.1.4 Nhiệm vụ thiết bị tự động điều chỉnh điện áp kiểu tĩnh AVR 57 3.2 Tính chọn thiết bị cho mạch động lực .58 3.2.1 Sơ đồ mạch động lực: 58 3.2.2 Tính chọn thơng số mạch động lực 60 3.3 Thiết kế mạch đo lường, điều khiển .69 3.3.1Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển .69 3.3.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 71 3.3.3 Tính chọn khối mạch điều khiển 81 KẾT LUẬN ĐỒ ÁN: 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Cơng nghiệp hóa, đại đất nước ta đường phát triển đòi hỏi cần phải phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp trọng điểm yều cầu khoa học kỹ thuật tiên tiến Đặc biệt cần phải trọng, ưu tiên đến ngành phát triển lượng, giao thông… Bởi tầm quan trọng cần thiết cho phát triển đất nước Nằm phát triển lượng vấn bảo đảm cung ứng ổn định nguồn lượng điện đóng vai trị quan trọng Vì vậy, cần phải có nguồn nhân lực có chất lượng cao để bảo đảm cho phát triển Ngồi ra, nước ta lại có ưu tài nguyên than đá, sơng suối yếu tố quan trọng trọng phát triển nguồn lượng điện Thực tế nước ta đã, ưu tiên phát triển ngành điện phát triển ngành cơng nghiệp mũi nhọn khác Ngồi ra, để đảm bảo cho ổn định tuổi thọ thiết bị tiêu thụ điện việc ổn định điện áp trình cung cấp tiêu thụ sử dụng lại đóng vai trị quan trọng Thực chất trình ổn định điện áp q trình điều chỉnh cơng suất phản kháng cho phù hợp Đề tài em chọn là: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG CUNG CẤP ĐIỆN, ỨNG DỤNG CHO MẠNG CUNG CẤP ĐIỆN THÀNH PHỐ THÁI BÌNH Trong trình làm đồ án em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo, tiến sỹ Ngô Duy Hưng thầy cô môn bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ để em hồn thành tốt đồ án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN 1.1 Nhà máy điện Một nhà máy điện bao gồm nhiều thành phần:  Đối với nhà máy thủy điện cần phải có cơng trình sau: - Đập ngăn dâng nước tạo thành hồ chứa - Cơng trình xả lũ - Cơng trình lấy nước cho nhà máy thủy điện - Cơng trình tàu bè lại hệ thống đường thủy Khu nhà máy khu vực sản xuất điện năng, có nhiệm vụ chuyển hóa lượng nước thành điện đưa nguồn điện vào hệ thống điện theo yêu cầu tiêu thụ Do đó, khu vực nhà máy có cơng trình sau: - Nhà máy thủy điện thiết bị tổ máy - Trạm phân phối điện cao áp - Các phòng phục vụ cho nhà máy  Với nhà máy nhiệt điện, yêu cầu có khác nhà máy thủy điện nguồn cung cấp nhiên liệu Trong nhà máy thủy điện nguồn cung cấp lượng nước, nhà máy nhiệt điện nước ta nguồn cung cấp lượng chủ yếu từ nguồn than trù phú Vì vậy, việc đặt nhà máy nhiệt điện nơi gần nguồn nhiên liệu yếu tố bắt buộc yếu tố kinh tế hiệu nhà máy điện Hệ thống nhà máy nhiệt điện bao gồm: - Hệ thống lị cơng suất lớn - Turbine - Máy phát điện Việc cung cấp điện cho hệ thống điện nói chung nhà máy điện giống  Nhà máy điện hạt nhân Thực chất nhà máy nhiệt điện điểm khác chủ yếu việc sử dụng nhiên liệu Vì việc sinh nhiệt lượng nguyên tử, việc an tồn cần phải đề cao nghiêm ngặt Cịn yếu tố cịn lại khơng khác nhà máy nhiệt điện 1.2 Tìm hiểu chung máy phát điện đồng Máy phát điện đồng (MFĐ) thường kéo tuốc-bin tuốc-bin nước, chúng gọi chung máy phát tuốc-bin hơi, máy phát tuốc-bin nước Đối với tuốc-bin hơi, đặc trưng tốc độ cao (cỡ vài nghìn vịng/ phút) nên máy phát thường có kết cấu rơ-to cực ẩn, với đường kính nhỏ để giảm thiểu lực ly tâm ngược lại, tuốc-bin nước, tốc độ thấp nên thường có rơ-to cực lồi, đường kính lên tới 15m tuỳ thuộc công suất máy MFĐ ba pha (MFĐ3) thường gặp máy phát điện mà dịng điện chiều đưa vào quận dây kích từ không thông qua vành đổi chiều Cực từ MFĐ3 kích thích dịng điện chiều đặt phần quay, dây quấn phần ứng với điểm đối xứng nối ngồi tải đặt phần tĩnh Cũng đặt cực từ phần tĩnh dây quấn phần ứng phần quay giống máy điện chiều máy điện đồng cơng suất nhỏ, trao đổi vị trí khơng làm thay đổi nguyên lý làm việc củamáy Nguyên lý làm việc sau: Stator máy phát điện đồng có dây quấn pha đặt cách góc 120o khơng gian, gọi phần ứng, cảm ứng điện áp cung cấp tải Còn rotor máy phát, với cấu tạo dây quấn cực từ (cực lồi máy phát có tuốc bin tốc độ thấp máy phát tuốc bin nước, cực ẩn tuốc bin có tốc độ cao máy phát Diesel, tuốc bin khí) làm nhiệm vụ cung cấp từ trường Khi rotor quay với tốc độ n từ trường cực từ quét cảm ứng lên dây quấn phần ứng sức điện động (s.đ.đ.) xoay chiều lệch pha 120o theo chu kỳ thời gian, với tần số: f= (Hz) p: Số cặp cực Khi MFĐ3 làm việc khép mạch với tải, dòng điện pha chảy dây quấn lệch góc 2 thời gian tạo từ trường quay với tốc độ n1 = (vòng/phút)  Máy cực ẩn Rotor làm thép hợp kim chất lượng cao rèn thành khối hình trụ, người ta gia công phay tạo rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần khơng phay rãnh hình thành mặt cực từ Các MFĐ3 cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p=2, tốc độ quay Rotor 3000 vòng/phút Để hạn chế lực ly tâm phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rotor, đường kính D Rotor không 1,1 – 1,5 m Tăng công suất máy cách tăng chiều dài l Rotor Chiều dài tối đa Rotor vào khoảng 6,5 m Dây dẫn kích từ đặt rãnh Rotor chế tạo từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành bối dây Các vòng dây bối dây cách điện với lớp mica mỏng Dây quấn kích từ nằm rãnh cố định ép chặt nêm phi từ tính đưa vào miệng rãnh Phần đầu nối rãnh đai chặt ống trụ thép phi từ tính nhằm bảo vệ chống lại lực điện động dòng điện gây Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vành trượt đặt đầu trục thơng qua hai chổi điện, nối với dịng kích từ chiều Dịng điện kích từ chiều thường cung cấp máy phát điện chiều, xoay chiều chỉnh lưu (có khơng có vành trượt), nối chung trục với MFĐ Stator MFĐ3 cực ẩn bao gồm lõi thép, có đặt dây quấn pha, thân vỏ máy Lõi thép Stator ghép ép tôn Silic có phủ cách điện Các đường thơng gió làm mát cho máy chế tạo cố định thân máy để đảm bảo độ bền cách điện dây quấn máy  Máy Cực lồi Máy cực lồi chế tạo cho MFĐ có tốc độ quay thấp, nên khác với máy cực ẩn, đường kính D Rotor lớn tới 15 m chiều l dài l lại nhỏ với tỷ lệ D = 0,15 – 0,2 Rotor MFĐ cực lồi công suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia cơng thành khối hình trụ mặt có đặt cực từ Ở máy lớn, lõi thép chế tạo từ thép dày, từ 1-6mm, dập đúc định hình sẵn để ghép thành khối lăng trụ lõi thép thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà đặt giá đỡ Rotor, giá lồng vào trục máy Cực từ đặt lõi thép Rotor ghép thép dày 1- 1,5 mm, chế tạo có hình T bu-lơng xun qua mặt cực vít chặt vào lõi thép Rotor Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành cuộn dây Cách điện vòng dây lớp mica amiang Sau gia công, cuộn dây lồng vào thân cực Dây quấn cản MFĐ đặt đầu cực có cấu tạo dây quấn kiểu lồng sóc máy điện khơng đồng Nghĩa làm đồng đặt vào rãnh đầu cực hai đầu nối với hai vành ngắn mạch Stator MFĐ cực lồi có cấu tạo MFĐ cực ẩn Để đảm bảo vận hành ổn định, yêu cầu chặt chẽ đỗi với kết cấu điện, kết cấu học hệ thống làm mát thiết kế chế tạo phù hợp tương thích với loại MFĐ, đáp ứng môi trường chế độ làm việc MFĐ, làm mát gió – cơng suất nhỏ, có khoang thơng gió làm mát thiết kế chế tạo nằm vỏ máy lõi thép Stator Đầu trục máy gắn cánh quạt gió để quay khơng khí thổi qua khoang thơng gió Vỏ máy chế tạo với sống gân cánh toả nhiệt nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho máy Phổ biến MFĐ làm mát nước khí áp dụng cho máy có cơng suất lớn cỡ từ vài chục kW trở lên 1.3 đặc tính máy phát điện đồng - Đặc tính khơng tải E=Uo =f(it) I=0 f=fđm I= f= fđm - Đặc tính ngắn mạch U = f(it) U = ; f = fđm - Đặc tính ngồi U = f(I) it = const ; cosφ =const ; f = fđm - Đặc tính điều chỉnh it = f(I) U = const ; cosφ = const ; f =fđm - Đặc tính tải U= f(it) I = const ; cosφ = const ; f= fđm 1.3.1 Đặc tính khơng tải Đặc tính khơng tải quan hệ sức điện động E cảm ứng quận dây stator với dịng điện kích từ dịng điện tải không hệ đơn vị tương đối với: E E*= E i i* = i đm đm E* i* O Hinh 1.1 Đặc tính khơng tải 1.3.2 Đặc tính ngắn mạch tỉ số ngắn mạch In = f(it) U= ; f= fđm Đặc tính ngắn mạch quan hệ dòng điện tải ngắn mạch (khi dây quấn phần ứng nối tắt đầu máy) với dịng điện kích từ điện áp không tần số định mức Nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng ( rư = 0) mạch điện dây quấn phần lúc ngắn mạch cảm ( Ψ = 90O) vậy: E Iq = cosΨ = Id = IsinΨ = I => E = jIxd Vậy ta có đồ thị véc tơ: jIxd jIxưd jIxưσ O Hình 1.2 Đồ thị véctơ I Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng khử từ, mạch từ máy không bão hồ từ thơng khe hở khơng khí  Φσ cần thiết để sinh Eσ = E – Ixưd = Ixσư Rất nhỏ, Như quan hệ I = f(It) đường thẳng I I = f(It) O It Hình 1.3 Đặc tính ngắn mạch Tỷ số ngắn mạch: Tỷ số ngắn mạch K tỷ số dòng điện ngắn mạch Ino ứng với dịng điện kích thích sinh suất điện động E = Uđm không tải với dòng điện định mức I no U đm K= I ( Trong đó: Ino= x ) đm d xd tri số bão hòa điện kháng dọc trục ứng với Uđm=E Tỷ số ngắn mạch K số quan trọng máy điện đồng Máy với K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp ∆U nhỏ khiến cho máy việc ổn định tải thay đổi 1.3.3 Đặc tính ngồi độ thay đổi điện áp ∆Uđm máy phát đồng Đặc tính ngồi quan hệ điện áp đầu máy phát dòng điện tải thay đổi với dịng điện kích từ, hệ số cơng suất tần số khơng đổi Dịng điện it - ứng với Uđm ; Iđm ; cosφ= const ; f = fđm - gọi dịng điện từ hố định mức