Bài giảng chuyên đề bảo vệ tần số và tự động sa thải phụ tải

BẢO VỆ TẦN SỐ TURBINE HƠI:BV tần số thấp chủ yếu của turbine hơi là chương trình tự động cắt tải được thiết kế để duy trì sự cân bằng giữa tải và phát.. BẢO VỆ TẦN SỐ THẤP:3.2 Tự động sa

BẢO VỆ TẦN SỐ VÀ TỰ ĐỘNG

SA THẢI PHỤ TẢI BẢO VỆ TẦN SỐ VÀ TỰ ĐỘNG

SA THẢI PHỤ TẢI

Việc duy trì tần số định mức được đảm bảo bởi những bộ điều chỉnh tần số và công suất mà cách thức làm việc là điều chỉnh lượng nước hoặc hơi nước vào turbine

Nhờ những bộ điều chỉnh f và P, lượng thiếu hụt công cuất tác dụng

có thể được loại trừ nhờ có một nguồn năng lượng nóng dự trữ Nếu như không có nguồn năng lượng dự trữ thì lượng thiếu hụt P làm cho các máy điện quay chậm lại

Khi máy điện giảm tốc nghĩa là tần số giảm, lượng thiếu hụt P ban đầu cũng giảm, năng suất và công suất của các bộ phận cơ cũng giảm Quá trình làm giảm f tiếp tục cho đến khi P=0, nghĩa là ở tần

số mới này f’ thì công suất phát ra PF(f’) sẽ bằng với công suất tiêu thụ PT(f’) Hệ thống ổn định ở một tần số mới khác định mức

I MỤC ĐÍCH VÀ NHỮNG ĐẶC ĐIỂM

CỦA SA THẢI PHỤ TẢI:

Hệ thống làm việc ở f thấp hơn fđm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện và không được phép vì:

-Với f<49,5Hz một vài bộ phận của turbine hơi chịu đựng quá giới hạn rung bởi cộng hưởng dao động các bộ phận turbine dẫn đến huỷ

độ bền kim loại và hư cánh turbine

-Khi f<49Hz những thiết bị điều chỉnh turbine mở ra hoàn toàn và tổ MFĐ trở nên tải hoàn toàn Sự giảm tần số làm giảm hiệu suất của các cơ cấu phụ ở những trạm nhiệt điện, đặc biệt là những máy bơm nước Kết quả là giảm công suất toàn nhà máy và tăng tổn thất P

-Khi f giảm, MF kích thích bị giảm tốc và sđđ MFĐ giảm, U hệ

thống giảm làm nguy cơ “sụp đổ điện áp” và cắt điện nhiều hộ tiêu

thụ Nghiêm trọng hơn là gây rối loạn HT, ngừng làm việc hoàn toàn các trạm phát điện song song hoặc chia cắt HTĐ

Mạch kiểm tra f tự động (AFC) có chức năng ngăn cản giảm f đến giá trị tới hạn của f trong HTĐ khi xảy ra thiếu P bằng cách sa thải một vài phụ tải

AFC đảm bảo không vận hành HTĐ quá 20s đối với f<47Hz và không quá 50s đối với f<48,5Hz

AFC cũng cần tránh tác động không cần thiết khi f giảm ngắn hạn và sau khi bộ AFC hoạt động tần số không được vượt quá định mức

Phương pháp đưa tần số về định mức là cắt một lượng tải thích hợp Việc cắt tải phải được tính toán để không cắt quá lượng tải cần thiết

II BẢO VỆ TẦN SỐ TURBINE HƠI:

BV tần số thấp chủ yếu của turbine hơi là chương trình tự động cắt tải được thiết kế để duy trì sự cân bằng giữa tải và phát BV này không đặt tại NMĐ mà đặt rải rác trong HTĐ để BV các khu vực

Những tiêu chuẩn của BV tần số turbine hơi:

- thiết lập fcắt và thời gian trễ dựa trên giới hạn tần số không bình thường của turbine hơi

-Phối hợp rơle tần số thấp của MF turbine với chương trình tự động cắt tải của HT

- Lỗi của một rơle tần số thấp đơn lẻ không gây ảnh hưởng nguy hiểm cho toàn sơ đồ BV

- HT BV tần số thấp của turbine phải làm việc bất cứ khi nào MF hoạt động đồng bộ với HT hay tách ra khỏi HT nhưng vẫn còn cung cấp cho điện tự dùng

- Các giá trị đặt có thể thay đổi trong một vài trường hợp để phối hợp với sơ đồ cắt tải HT

Sơ đồ BV turbine tần số thấp phải được phối hợp với các sơ đồ sa thải phụ tải theo f của HT hầu hết các HT lớn cần sơ đồ cắt tải dùng rơle tần số thấp để giảm tải khi f <fđm để đưa HT trở lại trạng thái ổn định

Sơ đồ cắt tải HT phải đảm bảo cắt tải trước khi BV tần số turbine hoạt động cắt MF để tránh hiện tượng sụp đổ điện áp hệ thống

3.1 Bảo vệ tần số thấp của turbine:

để có sự phối hợp thì cần có:

- Đặc tính đáp ứng tần số của HT đối với các trường hợp tải không cân bằng, gồm ảnh hưởng của sơ đồ sa thải phụ tải

- Đặc tính thời gian tần số của sơ đồ bảo vệ turbine tần số thấp

III BẢO VỆ TẦN SỐ THẤP:

3.2 Tự động sa thải phụ tải:

Không cân bằng công suất trong HTĐ có thể do vượt quá khả năng phát của HT, khi đó chỉ có thể cắt tải Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng rơle tần số thấp, bộ định thời để cắt lượng tải xác định tại một thời điểm xác định trước

f giảm có thể sự đổ vỡ một HT lớn thành hai hay nhiều khu vực Nếu một khu thiếu hụt công suất phát, f trong khu vực đó giảm trừ khi

MF có đủ công suất dự trữ để đáp ứng nhánh lượng thiếu hụt

Nhiều khi f sẽ giảm tới khi MF turbine hơi bị cắt bởi rơle BV tần số thấp vì thế có thể làm tình trạng HT càng trầm trọng thêm Trong

HT, các sơ đồ sa thải phụ tải được dùng để giảm lượng tải đến mức các MF có thể đủ khả năng cung cấp

Tiêu chuẩn cắt tải:

-Nên tránh để sự sai lệch tần số dưới 46,5Hz trong hơn 30 chu kỳ và

fHT có thể khôi phục trở lại

-Tần số HT phải được khôi phục đủ nhanh để có thời gian dự trữ đủ

so với sơ đồ BV turbine

-Tần số vọt lố do cắt tải phải được giới hạn nhỏ hơn 51Hz để tránh xung đột với giới hạn tần số cao của turbine

III BẢO VỆ TẦN SỐ THẤP:

3.3 Xác định lượng tải không cân bằng ban đầu

Nguyên nhân gây ra không cân bằng tải:

- Sự xáo trộn xảy ra ở một khu vực có thể làm một phần hay toàn bộ

HT bị chia cắt do đường dây bị ngắt Ranh giới giữa các khu vực có thể xảy ra như dự định hoặc phụ thuộc vào tính chất tải và vị trí của

sự xáo trộn Khi đó công suất nhận vào sẽ thiếu hụt và khu vực bị quá tải

- Một HT riêng biệt xuất hiện không cân bằng tải có thể do mất một hay nhiều MF

- HTĐ là một phần của mạng liên kết lớn cho phép mất 1 hay nhiều

MF lớn Điều này làm giảm f cục bộ nên công suất truyền về phía vùng thiếu công suất phát trên đường dây Kết quả là quá tải một hay nhiều đường dây khiến BV quá tải cắt đường dây…làm quá tải các nhánh còn lại và liên tiếp cắt đường dây, tần số giảm…

sự thiếu hụt công suất cuối cùng tính trong đơn vị tương đối với công suất cơ bản là tổn công suất phát còn lại của khu vực khi xảy ra sự chia cắt

PL: công suất tải khu vực (MW)

PG0: công suất phát tại thời điểm chia cắt (MW)

PGx: công suất phát bị cắt (MW)

IV THIẾT KẾ BẢO VỆ CẮT TẢI

THEO TẦN SỐ VÀ ĐỘ DỐC

Để tính toán đơn giản giả thiết rằng vùng bị cắt có dự trữ quay không đáng kể và không tác động điều tốc

Khi thiếu hụt công suất, f trong vùng bị chia cắt giảm và tốc độ suy giảm phụ thuộc vào ba yếu tố chính:

- Độ lớn của sự quá tải P

-Hệ số giảm tải của khu vực: D

- Hằng số quán tính của các MF còn hoạt động trong vùng: H

Một số lưu ý trong thiết kế sơ đồ cắt tải:

- Tính đến trường hợp mất ổn định xấu nhất có thể xảy ra khi bị chia cắt khu vực nếu không biết trước được chính xác khả năng mất cân bằng tải

- Phải xác định nhanh lượng tải cần cắt là bao nhiêu để hệ thống cân bằng

- Tại thời điểm hệ thống bị chia cắt, độ dốc của đường độ lệch f ban đầu là đầu mối duy nhất để xác định độ lớn của sự không cân bằng

- Cắt nhiều tải tốt hơn là cắt không đủ tải cần thiết, và phải cắt lập tức

IV THIẾT KẾ BẢO VỆ CẮT TẢI

THEO TẦN SỐ VÀ ĐỘ DỐC

Nên chia việc cắt tải thành nhiều đợt và phải cắt một lượng tải thích hợp trong thời gian đủ sớm để hãm lại sự suy giảm f

Thời gian cắt tải tuỳ thuộc vào lượng công suất thiếu hụt nhiều hay ít

để f hệ thống không giảm thấp hơn giá trị giới hạn

Phương pháp khởi động cắt tải đợt đầu khi f còn cao là 49,5Hz phụ thuộc vào độ dốc ban đầu của độ giảm f quan sát được để phỏng đoán lượng công suất thiếu hụt

Độ dốc ban đầu m0 được xác đinh:

Với hằng số quán tính H thường bằng 3 đến 5s có thể phỏng đoán lượng thiếu hụt công suất theo biểu thức:

P=2Hm0/50 (đvtđ)

Sự thiếu hụt công suất có thể xảy ra ở một khu vực nhỏ của HTĐ lớn nhưng làm ảnh hưởng đến một nhóm của HTĐ kéo theo tất cả những HTĐ

Công suất thiếu khác nhau ở những thời điểm khác nhau nên cần cân nhắc đến công suất theo ngày, mùa, thời gian trong ngày…nên việc xác định mức thiếu hụt công suất trở nên cần thiết và quan trọng

Những nguyên lý của bộ AFC hiện đại:

-Hệ thống AFC phải loại bỏ tất cả sự cố có thể xảy ra bất chấp số lượng mất công suất thực, sự lan rộng của sự cố khắp HTĐ và mức

độ phát triển của sự cố

- Số lượng tải được cắt phải luôn luôn gần với công suất mất, nghĩa

là AFC phải tự chỉnh đối với giá trị này

V SA THẢI PHỤ TẢI THEO TẦN SỐ VÀ THỜI GIAN

Có ba cấp kiểm tra tần số:

Cấp 1: AFC –I là một mạch kiểm tra f tốc độ cao có những tần số đặt

khác nhau Được thiết kế để ngăn chặn tần số giảm

Cấp 2: AFC-II có một mức đặt tần số chung và khác nhau thời gian

đặt Dùng để nâng tần số lên sau khi AFC-I tác động và cũng để ngăn chặn sự giữ tần số và sự mất tần số chậm khi công suất MF giảm chậm chạp trong trường hợp khẩn cấp

Cấp 3: Cấp dự phòng, hoạt động có chọn lọc Nó làm cho sự ngắt tải

đặc biệt và gia tăng công suất cắt lúc thiếu nặng công suất phát gây

ra bởi sự phân cách một khu vực khỏi những nguồn cung cấp chính

45Hz

f0=50Hz

b

t0 t1 t2 t3 t4 t5

f0=50Hz

fAFC-I

fAFC-II

t1AFC -II

t2AFC -II

t3AFC -II

t4AFC -II

fAFC-I có giá trị từ

46,5 đến 48,5

với độ chênh

lệch giữa hai giá

trị là f=0,1Hz

Tần số giảm khi có AFC tác động

Những phụ tải nối với thiết bị AFC –I phải có giá trị công suất tối thiểu tính theo biểu thức:

PAFC-I=ks.Pmax

Pmax giá trị mất công suất lớn nhất

ks: hệ số an toàn lấy khoảng 1,05

Những phụ tải được đấu với thiết bị AFC-II phải có công suất

trong khoảng:

PAFC-II ≥ (0,4 đến 0,5) PAFC-I

Khi tần số HT giảm xuống dưới 45Hz do thiếu hụt công suất cục

bộ thì thường dùng các thiết bị kiểm tra tần số phụ với các tiêu chuẩn sau đây:

- Những hệ số biểu thị sự xuất hiện lượng thiếu hụt P cục bộ

không liên quan đến tần số thay đổi

- Mức độ thay đổi tần số

- Giảm điện áp, nếu sự mất công suất thực kéo theo mất công suất phản kháng đáng kể

VI CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC.

6.1 Những thiết bị AFC với thời gian trì hoãn phụ thuộc tần số.

Mạch làm việc theo nguyên lý như sau:

AFC khởi động khi f rơi đến giá trị chỉnh định khởi động Trị số chỉnh định của rơle tần số tăng từ từ theo thời gian Do đó lúc f giảm nặng xảy ra ở mức độ cao vì P lớn, những thiết bị AFC sử dụng những rơle tần số có thời gian trì hoãn sẽ tác động nhanh chóng tương tự như AFC-I

Khi P giảm, độ giảm f cũng giảm, thời gian tác động của AFC tăng lên Những thiết bị này tự động theo một quá trình thay đổi tần

số và tác động như AFC-II

Việc phân công những chức năng điều khiển đối với những máy tính và sự giới thiệu một hệ thống điều khiển tự động cho phép những máy tính điện tử được sử dụng để điều khiển tần số tự động

Lượng công suất thiếu hụt có thể được xác định nhờ máy tính theo tốc độ thay đổi f ban đầu hoặc sự so sánh giữa công suất phát và tiêu thụ được lấy trên lưới điện

Máy tính có thể cung cấp những xung ngắt điều khiển để cắt tải nào

đó, thay đổi những giá trị chỉnh định của AFC…

Với máy tính có thể cho phép dự đoán lượng thiếu hụt và tác động điều khiển từ xa