hòa đồng bộ trong hệ thống điện

ih-Chơng iv- tự động hoà đồng 4.1 khái niệm chung Cho máy phát điện làm việc song song với song song với hệ thống nâng cao đợc tính kinh tế vận hành, nâng cao đợc tính an toàn cung cấp điện nâng cao đợc chất lợng điện Chúng ta biết, máy phát điện đồng làm việc song song hệ thống thoả mãn điều kiện: Rô to máy phát quay góc độ điện nh nhau, góc lệch pha tơng đối rô to không đợc vợt giới hạn cho phép điện áp quy đổi đầu cực máy phát điện phải gần Khi làm việc riêng rẽ, nói chung máy phát điện không đồng với Muốn cho chúng làm việc song song với cần phải đảm bảo yêu cầu sau: - Dòng điện cân lúc đóng máy không vợt giá trị cho phép - Rô to máy phát hoà điện sau đóng máy cắt phải quay đồng với rô to máy làm việc Có hai phơng pháp hoà điện: Hoà điện xác: Theo phơng pháp máy phát đợc kích từ trớc nối vào lới Tự hoà điện: Máy phát nối vào lới cha đợc kích từ, nhng liền sau cho dòng kích từ vào rô to rô to đợc kéo vào làm việc đồng Hoà điện thực tay hay tự động Khi thực hoà điện tay, động tác để đóng máy vào lới ngời phục vụ làm Còn thực hoà điện tự động, động tác đợc tự động tiến hành Việc điều khiển máy hoà điện bán tự động đợc tiến hành phần tay, phần tự động 4.2 phơng pháp Hoà đồng xác 4.2.1 Tự động hoà đồng theo phơng pháp xác Việc hoà điện xác đợc tiến hành theo trình tự sau: Trớc cho máy phát vào làm việc song song với máy phát khác máy phải đợc kích từ trớc Lúc thấy số vòng quay điện áp máy hoà xấp xỉ số vòng quay điện áp máy làm việc, phải chuẩn bị đóng máy cắt điện Muốn cho dòng điện cân lúc đóng máy cắt không hay nhỏ phải chọn thời điểm đóng maý cắt cho điện áp hai máy không sai lệch (U = 0) Nh đóng máy cắt xong hai máy làm việc đồng với 30 Trong thực tế hai điều kiện ( U) thoả mãn, nhng chọn thời điểm đóng máy cắt không thật lúc hoà điện xuất điện áp phách U f dòng điện cân icb 1- Điện áp phách Điện áp phách U f = U (hiệu số hình học điện áp hai máy cần hoà với nhau) xuất tốc độ góc quay véc tơ điện khác (hình 3-1) Điện áp phách đợc ký hiệu U f = U = U I U II UI I - U f = U I = U II nghĩa UI = UII ; = - U f = nhng UI UII It UI II UII U = Uf UII IIt - U f = UI UII Hình 4.1 Véc tơ điện áp phách Vì điện áp máy phát điện cần hoà điện áp lới biến đổi theo quy luật hình sin nên điện áp phách biến đổi theo quy luật Nếu gọi u = u điện áp máy phát điện I u F II = u HT điện áp hệ thống uI = UImax.sin It uII = UIimax sin IIt Điện áp phách uf = uI - uII = UImax sin It - UIimax sin IIt Ta xét hai trờng hợp a) UI = UII = U uf = U(sin It - sin IIt ) Dùng cách biến đổi lợng giác ab a+b cos ) ta có: 2 II + II t cos I t uf = 2U sin I 2 ( sina - sinb = 2sin Chúng ta thấy rằng: Trong trờng hợp chung điện áp phách u f hàm số hai biến số: + I - II = f tốc độ góc trợt + II + I tốc độ góc trung bình Do viết công thức dới dạng: uf = 2U sin f t cos tb t Đặt = f.t : góc lệch pha rô to 31 uf = 2U sin cos tb t Đờng cong 2Usin đờng bao giá trị 2 biên độ điện áp phách biến thiên theo tần số phách ff Khi costb.t = ta có uf = 2U sin u1 U u u2 t UP Uf t Tf = Hình 4.2- Điện áp phách UI = UII Tần số phách ff đợc xác định bằng: f f = f I f II = I II f = 2 Khi hai véc tơ U F U HT chập ta có Uf = Sau chu kỳ biến thiên đờng bao biên độ điện áp phách giá trị Uf có lần không Ngời ta lợi dụng quy luật biến thiên đờng bao biên độ điện áp phách Uf để kiểm tra tốc độ góc trợt máy phát điện sơ đồ hoà điện b) Nếu UI UII Uf = U I2 + U II2 2U IU II cos 32 uf, Uf Uf t () Hình Điện áp phách UI UII Khi = 180 Uf có giá trị cực đại: |Uf| = |UI| + |UII| Trờng hợp đờng bao biên độ điện áp phách điểm gặp trục hoành, nghĩa U f luôn khác không nh hình vẽ 2- Dòng điện cân Icb Dòng điện cân dòng điện chạy vòng qua máy phát điện làm việc song song với véc tơ điện áp chúng không giống Nói khác điện áp phách Uf gây dòng điện cân icb Khi sức điện động hai máy phát : EI = EII = Ed'' giá trị tức thời dòng điện cân là: icb'' = 1,8.2 Ed'' sin '' '' xd I + x12 + xd II Trong đó: 1,8 hệ số tính đến ảnh hởng thành phần không chu kỳ dòng điện độ hệ số tính giá trị biên độ thành phần chu kỳ dòng điện xd'' I ; xd'' II điện kháng siêu độ máy phát điện I, II x12 điện kháng đờng dây nối hai máy phát Khi = 180 ta có icb'' max = 1,8 2 Ed'' x Uf Dòng điện lớn máy phát nối vào góp hệ thống có công '' suất vô lớn ( x12 + xd = ) Icb.cos Ta thấy dòng điện cân lúc lớn gấp hai lần dòng điện ngắn mạch ba pha đầu cực máy phát điện 33 U II Icb II 1,8 2 E d'' icb = x d'' I UI Hình Dòng điện cân i ( 3) N 1,8 Ed'' = xd'' I Thành phần tác dụng dòng điện cân gây nên lực tác dụng vào cuộn dây trục máy phát Mcb Pcb = UI.Icb.cos + Khi UI = UII nhng mô men cân lớn không Mcb Pcb = UI.Icb.cos > 0, mô men làm hỏng máy phát điện (hình 4- 4) + Khi UI UII , Giả thiết trờng hợp U f U I , véc tơ Icb trùng pha với U I nên công suất cân lớn không Pcb = UI.Icb > (hình - 5) UI uf U II Icb Vì góc hai véc tơ U I , I cb không nên cos0 = 1, mô men cân sinh trờng hợp tác dụng lên trục máy làm hỏng máy Hình - + Khi UI UII , = 0(hình - 6) Vì = nên U f trùng pha với U I U II Icb lệch pha với véc tơ góc 90 Thành phần tác dụng Icb = Trong trờng hợp mô men cân tác dụng lên trục máy, nhng có dòng điện cân chạy qua nên cuộn dây stato bị nóng thêm Mô men công suất cân gây nên lớn gấp (5 ữ 6) lần mô men định mức Giá trị mô men phụ thuộc vào góc lệch pha đóng máy phụ thuộc Uf UI UN IcIb Hình 4-6 vào | U I | - | U II | Do ta thấy hoà điện có góc nguy hiểm (cho trục máy tuốc bin) góc Vì hoà điện không đợc góc vợt trị số giới hạn cho phép 4.2.2 Thiết bị hoà điện có góc đóng trớc không đổi 1- Sơ đồ nguyên lý khai triển Các rơ le 1RU 2RU nối vào điện áp phách u f nhng chúng làm việc có quán tính nên làm việc theo biên độ điện áp phách U f Mặt khác chiều dòng điện gây nên uf không ảnh hởng tới làm việc rơ le, để nghiên cứu làm 34 việc 1RU, 2RU ta thờng dùng đờng bao biên độ điện áp phách U f phía trục hoành Rơ le áp 2RU> dùng để chọn đtr có điện áp trở chọn bằng: UV.2RU = 2U.sin dt rT CĐ 1rG2 2rG2 mc Rơ le áp 1RU với rơ le RT 2RG làm nhiệm vụ kiểm tra tốc độ góc trợt f máy hoà điện cách so sánh thời gian mà rô to máy phát điện cần hoà di chuyển đợc góc ab cố định với thời gian t RT rơ le thời gian RT Tất nhiên tRT không phụ thuộc vào f HT BUHT + RT 1RG _ MC CĐ + _ (+) 2RG 1RG1 _ _ 2RU> 2RU BUF 1RG2 uF F 2RG 2RG1 + 1RU RT (-) 1RU< 1RG CĐ MC 2RG (b) (a) Hình - Thiết bị hoà điện có góc đóng trước không đổi loại KA-11/13 (a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Sơ đồ khai triển mạch chiều Uf a a' 1RU b' 2RU a'' b'' b t ta'b' t' ta'b' < tRT tab t tab = tRT ta"b" t" ta"b" > tRT t" > tCĐ t = tCĐ Hình - Đồ thị biến thiên đường bao biên độ điện áp phách theo thời gian 35 Qua đồ thị ta thấy: Khi f > f.ch.phép max ta có ta'b' < tRT Khi f = f.ch.phép max ta có tab = tRT Khi f < f.ch.phép max ta có ta''b'' > tRT 2- Nguyên lý làm việc sơ đồ Giả thiết hệ số trở rơ le 1RU 2RU + Khi điện áp Uf biến thiên từ đến điểm tiếp điểm 1RU< đóng nên rơ le RT có điện khởi động sau thời gian tRT tiếp điểm RT đóng lại (trong tiếp Uf 1RU< mở 2RU> đóng (a) 2RU> đóng, 1RU< đóng (b) 2RU> mở, 1RU< đóng 0 () Hình Sự biến thiên điện áp phách từ đến điểm +2RU> mở).áp Uf tăng điểm đến gần điểm 2, rơ le 2RU 1RU đóng Khi điện tiếp điểm Vì có thêm rơ le 2RU tác động nên cuộn dây rơ le trung gian 1RG có điện, tiếp điểm 1RG1 đóng làm cho cuộn dây 2RG có điện theo mạch + 1RU< RT 1RG1 2RG - Rơ le 2RG tác động, nhng tiếp điểm 1RG2 mở nên cuộn đóng CĐ cha có điện Khi 2RG tác động tự giữ 2RG không phụ thuộc vào tiếp điểm 1RG1 nữa: + 1RU< RT 2RG1 2RG - + Khi điện áp Uf biến thiên từ sau điểm tới gần điểm a, rơ le 2RU> đóng tiếp điểm, rơ le 1RU< mở tiếp điểm nên rơ le RT trở 2RG điện mở tiếp điểm Trong 1RG tác động, tiếp điểm 1RG đóng tiếp điểm 1RG2 mở - Nếu f < f cp max RT đóng tiếp điểm xong trớc Uf giảm xuống đến điểm b KhiRT đóng nhờ tiếp điểm 1RG đóng nên 2RG tác động tự giữ qua tiếp điểm 2RG1 Sau điện áp Uf giảm xuống đến điểm b 2RU mở tiếp điểm, 1RG điện tiếp điểm 1RG1 mở nhng không ảnh hởng đến làm việc rơ le 2RG, tiếp điểm 1RG2 đóng lại cho dòng điện vào cuộn đóng theo mạch + 1RG2 2RG2 MC2 CĐ - Máy cắt hoà điện đóng lại - Nếu f lúc hoà > lớn f cp max Uf giảm đến điểm b trớc RT đóng xong tiếp điểm Do tiếp điểm RT cha kịp đóng tiếp điểm 2RU> mở làm cho 1RG điện tiếp điểm RT đóng xong rơ le 2RG không tác động đợc maý cắt hoà điện không đóng lại đợc - Nếu f = f cp max tiếp điểm RT đóng vào lúc Uf giảm đến điểm b, máy hoà điện đóng máy cắt vào thời điểm thuận lợi (Uf = 0) Tóm lại ta thấy Uf biến thiên từ đến cực đại máy cắt đóng đợc - Việc đóng máy cắt phụ thuộc vào f + Nếu f > f cp max không đóng đợc máy cắt + Nếu f f cp max đóng đợc máy cắt Dựa theo tham số máy hoà điện ta tính đợc góc cho phép, góc góc đóng trớc đ.tr Dựa vào lý lịch máy cắt biết đợc tCĐ, từ tính đợc f.tt = cp max Vậy sơ đồ hoà điện cho phép làm việc thoả mãn điều kiện f 2f.tt = f cp max 36 4.3 Hoà tự đồng 4.3.1 Đặc điểm hoà tự đồng # Trình tự: - Cho tuốc bin kéo máy hoà đạt gần đến tốc độ đồng bộ, cắt TDT để chập mạch cuộn kích thích qua điện trở diệt từ - Đóng máy phát điện vào mạng, máy phát điện làm việc trạng thái động không đồng - Đóng TDT để kích thích cho máy phát điện, máy đợc kéo vào làm việc đồng - Cho máy mang tải # Đặc điểm phơng pháp hoà tự đồng có đột biến dòng điện công suất phản kháng đóng máy lớn, nhng đột biến công suất tác dụng lực tác dụng nguy hiểm '' HT - Trị số hiệu dụng thành phần chu kỳ EdHT id'' = '' 1,8.EdHT '' '' xdF + xdHT + xD " x dHT đó: hệ số kể đến giá trị tức thời dòng điện 1,8 hệ số tính đến ảnh hởng thành phần không chu kỳ dòng điện độ '' xdF '' EdHT Sức điện động dọc trục siêu độ hệ thống '' xdF ; xdHT ' ' điện kháng siêu độ máy phát hệ thống xD điện kháng đờng dây - Với hệ thống có công suất vô lớn biên độ lớn dòng điện đóng máy id'' = xđ UHT F '' 1,8.U dHT '' xdF + xD - Trị số hiệu dụng thành phần chu kỳ dòng điện đóng máy Iđ = U HT x + xD ' dF - Trị số hiệu dụng thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch đầu cực máy phát điện N(3): I N( 3) = U HT ( dòng điện từ phía hệ thống đến ) xD Ta thấy dòng điện hiệu dụng tự hoà điện nhỏ dòng điện ngắn mạch ba pha đầu cực máy phát điện nhỏ dòng điện cân lớn hoà điện xác máy hoà điện làm việc không (đóng máy vào lúc =180) 37 * Theo kinh nghiệm vận hành số nớc, trị số hiệu dụng dòng điện đóng máy không vợt 3,5IđmF dùng phơng pháp tự hoà điện Iđ( cho phép ) 3,5IđmF Nếu tính hệ đơn vị tơng đối điều kiện viết I*đcho phép = h,kjh Với máy phát điện tuốc bin nớc có x'*d = 0,3 nên điều kiện tự hoà điện thuận lợi Với máy phát điện tuốc bin có x'*d = 0,2 điều kiện tự hoà điện không thoả mãn trừ trờng hợp máy phát điện nối với máy biến áp có x'*B = 0,1 * Ưu điểm - Sơ đồ hoà điện đơn giản - Làm việc đảm bảo - Đóng máy vào lới nhanh, u điểm đặc biệt quan trọng trờng hợp cố, hệ thống thiếu công suất cần đợc dự trữ đa vào * Nhợc điểm Do có đột biến dòng điện đóng máy nên điện áp góp giảm xuống nhiều Thí nghiệm cho biết rằng: Nếu đóng máy phát điện vào làm việc song song với máy có công suất tơng đơng độ giảm điện áp vòng 0,5 giây đến 50%, có phận kích từ cỡng vòng ữ giây sau nhanh điện áp đợc khôi phục tới mức bình thờng 4.3.2 Rơ le hiệu tần số loại - 01 Rơ le - 01 làm việc theo nguyên tắc cảm ứng, có cực từ rô to hình ống Khi hiệu tần số đạt trị số nhỏ 1,5 Hz tiếp điểm rơ le - 01 đóng Rơ le có hai cuộn dây: cuộn điện áp cuộn dòng điện + Cuộn điện áp có điện trở 310 mắc vào điện áp định mức 100V lấy góp trạm ( UHT ) + Cuộn dòng điện có điện trở 0,24 mắc vào máy biến điện áp đầu cực máy phát qua ổn áp OU Rơ le làm việc điện áp đầu cực máy phát U F khoảng (0,2 ữ 0,5)%UFđm Điện áp từ d lõi rô to quay gây nên Mô men tác dụng vào lõi rơ le đợc xác định theo công thức: M = K12.sin 12 từ thông dòng điện cuộn dòng điện cuộn điện áp gây nên góc lệch pha từ thông 38 (a) U U I I U U U2 2t (b) I2 I1 U1 1t Hình - 10 - Rơ le - 01 (a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Đồ thị véc tơ K hệ số tỷ lệ Đồ thị véc tơ đợc xây dựng với giả thiết cuộn dòng điện có điện trở tác dụng, cuộn điện áp có tính chất điện kháng, véc tơ I trùng pha với U1 I2 chậm sau U2 góc 90 Ta viết: = K1U1,sin1t = K2U2,sin(2t + - 90) ( góc lệch pha ban đầu U1 U2) Vậy = (2t + - 90) - 1t = ( - )t - ' với ' = - 90 Mô men quay có giá trị lớn sin = Dới tác dụng mô men quay, phần động rơ le dao động với biên độ phụ thuộc vào hiệu số tốc độ góc ( - ) Các tiếp điểm rơ le đóng lại biên độ dao động lớn Biên độ ứng với hiệu tần số tần số tác động rơ le Vì tiếp điểm phải tiếp điểm trái đóng mở liên tục khoảng thời gian ngắn nên ngơì ta mắc hai tiếp điểm song song với nhờ rơ le trung gian để giữ xung Trong thiết bị tự hoà điện, rơ le hiệu tần số làm việc điều kiện tốc độ quay máy phát thay đổi luôn, rơ le phải chế tạo đảm bảo cho đại lợng chỉnh định không thay đổi phạm vi thay đổi định tần số 4.4 số sơ đồ hoà tự đồng điển hình 1- Sơ đồ - ĐK: Khoá điều khiển - K: Khoá hoà đồng điều khiển tay - ÔU: Thiết bị ổn áp dùng để điều chỉnh dòng điện đa vào cuộn dây dòng điện không đổi điện áp U'F thay đổi (U'F từ d máy phát điện sinh ra) - KĐ: Nút khởi động Vị trí tiếp điểm sơ đồ vẽ với trờng hợp máy cắt mở phận diệt từ trờng TDT làm việc 2- Nguyên lý làm việc sơ đồ * Khi chuyển khoá điều khiển vị trí tự hoà đồng tiép điểm ĐK 1, ĐK2, ĐK3, ĐK4 đóng lại ĐK5 mở - ấn nút khởi động KĐ, rơ le 1RG tác động đóng 1RG tự giữ, đóng 1RG1, 1RG2 đa điện áp UHT U'F ( điện áp d ) vào cuộn dây - 01, rơ le - 01 bắt đầu làm việc - Khi hiệu tần số HT F nằm phạm vi tác động rơ le -01 tiếp điểm đóng, cuộn dây 2RG có điện theo mạch : + ĐK3 MC3 TDT3 1RG3 IIP I 2RG - Tiếp điểm 2RG1 đóng để tự giữ cho 2RG, 2RG2 39 đóng làm cho cuộn dây 3RG có điện, tiếp điểm 3RG đóng lại cho dòng điện vào cuộn đóng, máy cắt đợc đóng lại Nhờ có thời gian mở chậm 3RG nên máy cắt điện đóng đợc chắn, đồng thời mở 3RG để đảm bảo cho điện áp cao góp nối với hệ thống đợc cắt khỏi cuộn dòng điện máy cắt đóng đảm bảo cho cuộn dây không bị cháy Tiếp điểm 3RG đóng chậm 1RG2 mở đảm bảo cho điện áp cao không vào đợc cuộn dòng điện HT MC (a) 1RG2 1RG1 3RG2 ÔU ĐK1 ĐK2 ~ BUHT BUF UHT (+) UF (-) ĐK3 MC3 KĐ TDT3 1RG ĐK1 2RG 1RG3 1RG1 BUHT U (b) ĐK2 2RG1 DK4 DK5 MC1 MC2 BRG1 3RG 2RG2 C K D MC4 TDT TDT CĐ BUF 1RG2 I RP 3RG2 CĐTDT CCTDT Hình 4-11 Sơ đồ nối rơ le hiệu tần số mạch tự hoà điện (a) Nguồn cung cấp cho (b) Mạch khai triển - Khi máy cắt đóng xong tiếp điểm MC đóng lại cho dòng vào cuộn đóng tự diệt CĐTDT, tự diệt tự đóng kích thích vào cho máy phát, máy phát có kích thích tự động 40 vào làm việc đồng Sau tự diệt CĐ TDT tự đóng kích thích xong tiếp điểm TDT2 đóng lại để chuẩn bị cho cắt mạch TDT * Khoá điều khiển ĐK vặn vị trí điều khiển từ xa cho hoà nửa tự động nh bảng sau: Vị trí Tình trạng tiếp điểm ( + đóng; - mở ) ĐK1 ĐK2 ĐK3 ĐK4 ĐK5 Tự hoà điện nửa tự động + + + + - Điều khiển tay từ xa - - - - + 41 [...]... có điện, tiếp điểm 3RG 1 đóng lại ngay cho dòng điện vào cuộn đóng, máy cắt đợc đóng lại Nhờ có thời gian mở chậm của 3RG 1 nên máy cắt điện đóng đợc chắc chắn, đồng thời mở ngay 3RG 2 để đảm bảo cho điện áp cao trên thanh góp nối với hệ thống đợc cắt ra khỏi cuộn dòng điện ngay khi máy cắt đóng đảm bảo cho cuộn dây này không bị cháy Tiếp điểm 3RG 2 đóng chậm để cho 1RG2 mở ra luôn đảm bảo cho điện. .. phát, máy phát có kích thích sẽ tự động 40 đi vào làm việc đồng bộ Sau khi tự diệt CĐ TDT tự đóng kích thích xong thì tiếp điểm TDT2 đóng lại để chuẩn bị cho cắt mạch của TDT * Khoá điều khiển ĐK có thể vặn ở vị trí điều khiển từ xa hoặc cho hoà nửa tự động nh trong bảng sau: Vị trí Tình trạng tiếp điểm ( + đóng; - mở ) ĐK1 ĐK2 ĐK3 ĐK4 ĐK5 Tự hoà điện nửa tự động + + + + - Điều khiển bằng tay từ xa - -... cho 1RG2 mở ra luôn đảm bảo cho điện áp cao không vào đợc cuộn dòng điện HT MC (a) 1RG2 1RG1 3RG2 ÔU ĐK1 ĐK2 ~ BUHT BUF UHT (+) UF (-) ĐK3 MC3 KĐ TDT3 1RG ĐK1 2RG 1RG3 1RG1 BUHT U (b) ĐK2 2RG1 DK4 DK5 MC1 MC2 BRG1 3RG 2RG2 C K D MC4 TDT TDT CĐ BUF 1RG2 I RP 3RG2 CĐTDT 1 2 CCTDT Hình 4-11 Sơ đồ nối rơ le hiệu tần số trong mạch tự hoà điện (a) Nguồn cung cấp cho (b) Mạch khai triển - Khi máy cắt ... mãn điều kiện f 2f.tt = f cp max 36 4.3 Hoà tự đồng 4.3.1 Đặc điểm hoà tự đồng # Trình tự: - Cho tuốc bin kéo máy hoà đạt gần đến tốc độ đồng bộ, cắt TDT để chập mạch cuộn kích thích qua điện... điện làm việc trạng thái động không đồng - Đóng TDT để kích thích cho máy phát điện, máy đợc kéo vào làm việc đồng - Cho máy mang tải # Đặc điểm phơng pháp hoà tự đồng có đột biến dòng điện công... định không thay đổi phạm vi thay đổi định tần số 4.4 số sơ đồ hoà tự đồng điển hình 1- Sơ đồ - ĐK: Khoá điều khiển - K: Khoá hoà đồng điều khiển tay - ÔU: Thiết bị ổn áp dùng để điều chỉnh dòng điện