Mô phỏng hệ thống kích từ unitrol 6800 điều khiển máy phát tại nhà máy thủy điện hàm thuận

Tóm tắt - Trong luận văn này đã nghiên cứu giải thuật di truyền GA tối ưu hóa bộ điều khiển kích từ và mô phỏng chức năng tự động điều khiển điện áp AVR kết hợp với bộ ổn định hệ thống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM SỸ NGUYÊN

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL - 6800

ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT TẠI NHÀ MÁY

THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

PHẠM SỸ NGUYÊN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY

PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN SIMULATING THE UNITROL_6800 EXCITATION SYSTEM CONTROLS

THE HAM THUAN HYDROELECTRIC GENERATOR

Học viên: Phạm Sỹ Nguyên, Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202, Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Trong luận văn này đã nghiên cứu giải thuật di truyền (GA) tối ưu hóa bộ

điều khiển kích từ và mô phỏng chức năng tự động điều khiển điện áp (AVR) kết hợp với bộ

ổn định hệ thống điện PSS4B của hệ thống kích từ điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận Luận văn đã sử dụng công cụ giải thuật di truyền (GA) trên phần mềm Matlab để tối

ưu bộ điều khiển kích từ, Tính toán các thông số của hệ thống và sử dụng phần mềm Matlab Simulink xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống kích từ Unitrol_6800 Qua kết quả đạt được phân tích và đánh giá để từ đó đưa ra đề xuất sử dụng bộ các thông số tối ưu cho hệ thống kích từ hiện hiện hữu

Từ khóa: Hệ thống kích từ; Mô hình hệ thống kích từ; Bộ ổn định hệ thống điện; Công

cụ giải thuật di truyền (GA) trong Matlab; Hệ thống kích từ Unitrol-6800

Abstract - in this thesis studied genetic algorithm (GA) optimization of the excitation and

dynamics control (AVR) function in conjunction with the power system stability (PSS4B) of Ham Thuan Hydropower Generator Control System The thesis utilized the GA genetic algorithm tool in Matlab software to optimize the excitation controller, calculate the system parameters and use the Matlab software Simulink built the simulation model of the excitation system Unitrol_6800 Through the results obtained analysis and evaluation, from which to propose to use the optimal set of parameters for the existing click system

Key words: Excitation system, model of the excitation system, power system stability,

The genetic algorithm (GA) tool in Matlab software, excitation system Unitrol_6800

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc luận văn: 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 3

1.1 GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN THỦY ĐIỆN ĐA NHIM – HÀM THUẬN – ĐA MI 3

1.2 TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 3

1.2.1 Thông số tuyến năng lượng 3

1.2.1.1 Hồ chứa 3

1.2.1.2 Đập chính 3

1.2.1.3 Đập tràn 4

1.2.1.4 Đập phụ 4

1.2.1.5 Cửa lấy nước 5

1.2.1.6 Đường hầm và tháp điều áp 6

1.2.1.7 Đường ống áp lực 6

1.2.1.8 Thiết bị hạ lưu 6

1.2.2 Các sơ đồ nối điện chính nhà máy 7

1.2.2.1 Sơ đồ nối điện 220 kV 7

1.2.2.2 Sơ đồ nối điện 110 kV 7

1.2.2.3 Sơ đồ nối điện 22 kV 8

1.2.2.4 Sơ đồ nối điện 400Vac 8

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 9

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 10

2.1 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 10

2.1.1 Chức năng của hệ thống kích từ [8] 10

2.1.2 Các thành phần chính của hệ thống kích từ [8] 10

2.1.3 Phân loại hệ thống kích từ [8] 11

2.1.3.1 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều 11

2.1.3.2 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều 13

2.1.3.3 Hệ thống kích từ tĩnh 13

2.1.4 Các bộ hạn chế và bảo vệ [8] 14

2.1.4.1 Bộ giới hạn kém kích thích 14

2.1.4.2 Bộ giới hạn quá kích thích 15

2.1.4.3 Bộ giới hạn bảo vệ V/Hz 15

2.1.4.4 Mạch diệt từ 16

2.1.4.5 Bảo vệ quá điện áp Rotor 16

2.1.5 Bộ ổn định hệ thống điện 16

2.2 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 16

2.2.1 Tổng quan hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận 16

2.2.2 Thông số chính hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận 17

2.2.3 Chức năng các thành phần chính của hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận 18

2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ [10] 18

2.2.3.2 Các thiết bị điều khiển chính hệ thống kích từ 20

2.2.4 Chức năng điều khiển chính của hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận 23

2.2.4.1 Chức năng kích từ ban đầu 23

2.2.4.2 Chức năng điều khiển điện 24

2.2.4.3 Chức năng tự động điều khiển điện áp (AVR) 24

2.2.4.4 Chức năng điều khiển điện áp bằng tay (FCR) 31

2.2.5 Các chức năng giám sát hệ thống kích từ 32

2.2.6 Các chức năng bảo vệ chính hệ thống kích từ 32

2.2.6.1 Bảo vệ quá điện áp một chiều (DC) 32

2.2.6.2 Bảo vệ quá điện áp xoay chiều (AC) 33

2.2.6.3 Bảo vệ chạm đất Rotor 34

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 34

CHƯƠNG 3 TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT HÀM THUẬN BẰNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 35

3.1 TÌM HIỂU GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) VÀ CÔNG CỤ GA TRONG PHẦN MỀM MATLAB 35

3.1.1 Giới thiệu giải thuật di truyền (GA) 35

3.1.2 Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) trong Matlab 35

3.1.2.1 Giải thuật di truyền dùng dòng lệnh Command Line 36

3.1.2.2 Giải thuật di truyền dùng công cụ Genetic Algorithm Tool 36

3.2 ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 38

3.2.1 Mô hình hệ thống kích từ tĩnh ST1A (IEEE 421.5-2005) [14] 38

3.2.2 Tính toán các thông số mô hình hệ thống kích từ 39

3.2.2.1 Mô hình hệ thống kích từ tĩnh Unitrol_6800 [12] 39

3.2.2.2 Tính toán thông số mô hình hệ thống kích Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận 41

3.2.3 Tối ưu bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 máy phát Thủy điện Hàm Thuận bằng giải thuật di truyền (GA) 45

3.2.4 Kiểm định lại tham số bộ điều khiển hệ thống kích từ Unitrol_6800 máy phát Thủy điện Hàm Thuận từ chạy giải thuật di truyền (GA) 51

3.3 ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN 52

3.3.1 Đặt vấn đề 52

3.3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng 53

3.3.2.1 Mô hình máy phát điện 54

3.3.2.2 Mô hình máy biến thế chính 54

3.3.2.3 Mô hình bộ điều tốc tua bin thủy điện 55

3.3.2.4 Mô hình bộ điều khiển kích từ 56

3.3.2.5 Mô hình bộ ổn định hệ thống điện PSS4B 57

3.3.2.6 Mô hình tải và bộ tạo sự cố ngắn mạch 58

3.3.3 Kết quả mô phỏng 59

3.3.3.1 Kết quả chạy mô phỏng hệ thống kích từ hiện hữu và hệ thống kích từ tìm được từ giải thuật di truyền (GA) 59

3.3.3.2 Kết quả chạy mô phỏng hệ thống kích từ khi có bộ ổn định hệ thống điện PSS4B 60

3.3.3.3 Nhận xét kết quả mô phỏng 62

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

PHẢN BIỆN

AC800PEC Main Controller Device Thiết bị bộ điều khiển chính

AUTO Automatic Voltage Regulator Mode Chế độ điều chỉnh điện áp tự

động AVR Automatic Voltage Regulator Tự động điều chỉnh điện áp

BFCR Backup Field Current Regulator Điều khiển dòng kích từ dự

phòng

CCI Converter Control Interface Giao diện điều khiển bộ

CIO Combined Input Output Device Thiết bị kết nối

CSI Control Signal Interface Giao diện tín hiệu bộ chỉnh

lưu

ECT Excitation Control Terminal Thiết bị đầu cuối điều khiển

hệ thống kích từ

FCR Field Current Regulator Điều khiển dòng kích từ

GDI Gate Driver Intreface Giao diện điều khiển kích

xung

GIS Gas Insulation Switchgear Thiết bị đóng cắt kiểu kín

cách điện bằng khí SF6

MANUAL Field Current Regulator Mode Chế độ điều khiển dòng kích

từ

OEL Overexcitation Limiter Giới hạn quá kích từ

PSS Power System Stabilizer Ổn định hệ thống điện

SCI Snubber Control Interface Giao diện điều khiển giảm

dao động UEL Underexcitation Limiter Giới hạn kém kích thích

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ một chiều 12 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ dùng máy phát phụ 13

2.5 Sự phối hợp giữa các phần tử thiếu, mất kích từ và giới hạn ổn định 15

2.7 Cấu hình phần cứng hệ thống kích từ Unitrol_6800 21 2.8 Nguyên lý kết nối thông tin từ kênh điều khiển đến (CCI) 22 2.9 Nguyên lý kích từ ban đầu khi không dùng nguồn phụ một chiều 23

2.11 Sơ đồ nguyên lý chức năng thông số đặt bộ AVR 25

2.15 Nguyên lý đặc tính công suất và giới hạn AVR 28 2.16 Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện kích từ cực tiểu 29

2.19 Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại 30 2.20 Nguyên lý bộ điều khiển kích từ bằng tay (FCR) 32 2.21 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ quá điện áp DC (Crowbar) 33 2.22 Sơ đồ nguyên lý mạch lọc quá điện áp xoay chiều (AC) 34 3.1 Mô hình hệ thống kích từ tĩnh ST1A (IEEE 421.5-2005) 38 3.2

Mô hình hệ thống kích từ Unitrol_6800 theo tiêu chuẩn (IEEE

Chương trình chạy giải thuật (GA) tìm tham số bộ điều khiển kích

3.6

Giản đồ đáp ứng quá độ của hệ thống kích từ Unitrol_6800 sau khi

3.7 Khoảng cách trung bình giữa các cá thể mỗi thế hệ 49

Số

3.8 Biểu đồ phả hệ của cá thể được mã hóa bảng màu 50 3.9 Biểu đồ mức độ thích nghi của các cá thể tại giá trị hàm mục tiêu 50

3.13

Hàm truyền vẽ đáp ứng hệ thống kích từ hiện hữu và sau khi tối ưu

3.14

Giản đồ đáp ứng hệ thống kích từ hiện hữu và sau khi tối ưu bằng

3.15

Mô hình mô phỏng hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy

Thông số mô hình bộ kích từ sau khi tối ưu bằng giải thuật di truyền

3.22 Các thông số và mô hình bộ ổn định PSS4B trên Matlab Simulink 58 3.23

Giản đồ điện áp máy phát với bộ tham số hiện hữu, từ giải thuật di

3.24

Giản đồ công suất máy phát với bộ tham số hiện hữu, từ giải thuật

3.25

Giản đồ điện áp kích từ với bộ tham số hiện hữu, từ giải thuật di

3.26 Giản đồ tốc độ Rotor máy phát khi sự cố và đóng thêm tải 60 3.27 Giản đồ góc Rotor máy phát khi sự cố và đóng thêm tải 60 3.28 Giản đồ công suất máy phát khi sự cố và đóng thêm tải 61 3.29 Giản đồ điện áp kích từ máy phát khi sự cố và đóng thêm tải 61 3.30 Giản đồ dòng điện kích từ máy phát khi sự cố và đóng thêm tải 61 3.31 Giản đồ điện áp đầu cực máy phát khi sự cố và khi đóng thêm tải 62

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Máy phát điện đồng bộ nói chung đóng một vai trò trọng yếu trong hệ thống điện, nơi mà tính ổn định luôn được đòi hỏi rất cao Trong hệ thống điện, sự ổn định của mỗi một máy phát điện ở các khía cạnh kỹ thuật đều có tính chất quan trọng nhất định tới sự vận hành an toàn và bền vững của toàn hệ thống và ở các máy phát điện đó thì sự đóng góp của hệ thống kích từ với khả năng tự động điều chỉnh điện áp máy phát và các thiết bị ổn định khác là không thể thiếu

Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây kích

từ của máy phát điện đồng bộ Nó phải có khả năng điều chỉnh bằng tay hoặc tự động dòng kích từ để đảm bảo chế độ làm việc ổn định, kinh tế với chất lượng điện năng cao trong mọi tình huống

Sự mất ổn định của hệ thống điện thường do phụ tải của hệ thống thay đổi, công suất làm việc của máy phát cần thay đổi theo Do đó sụt áp trên điện kháng trong, điện

áp đầu cực máy phát bị biến thiên lệch khỏi trị số định mức Nếu không có biện pháp điều chỉnh thì độ lệch sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

Nhà máy thủy điện Hàm Thuận nằm trên lưu vực sông La Ngà thuộc hai tỉnh Lâm Đồng và Bình Thuận với tổng công suất lắp đặt 2 tổ máy là 300 MW, sản lượng điện bình quân hàng năm khoảng 1 tỷ KWh, nhà máy áp dụng công nghệ hiện đại và thiết bị tiên tiến, được đấu nối vào hệ thống điện 220 kV Quốc gia Với công suất lớn được đấu nối vào hệ thống điện Quốc gia nên việc điều khiển và vận hành ổn định các máy phát điện Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận đồng thời cũng góp phần vận hành ổn định hệ thống điện, trong đó phải nói đến hệ thống kích từ điều khiển máy phát điện

Hệ thống kích từ điều khiển máy phát tại Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận là dòng kích từ tĩnh Unitrol_6800 của hãng ABB, được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong các hệ thống kích từ tĩnh của máy phát đồng bộ Sản phẩm này là dòng thứ 6 trong dòng UNITROL của hãng ABB và được xây dựng trên nền tảng của các sản phẩm trước nó

Với mục đích nghiên cứu giải thuật di truyền (GA) tối ưu hóa bộ điều khiển kích

từ và mô phỏng đánh giá chức năng tự động điều khiển điện áp đầu cực máy phát (AVR) có kết hợp với bộ ổn định hệ thống điện (PSS) đã được sử dụng cho mục đích

này Vì vậy tôi chọn đề tài luận văn “Mô phỏng hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều

khiển máy phát tại nhà máy thủy điện Hàm Thuận” làm đề tài nghiên cứu

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống kích từ Unitrol_6800 của hãng ABB điều khiển máy phát Thủy điện tại Nhà máy Hàm Thuận

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Tìm hiểu các thiết bị chính Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

Tìm hiểu nguyên lý làm việc của hệ thống kích từ, các loại hệ thống kích từ, các chức năng điều khiển và bảo vệ của các loại hệ thống kích từ điều khiển máy phát điện đồng bộ

Tìm hiểu nguyên lý, các chế độ làm việc của hệ thống kích từ, các chức năng điều khiển và bảo vệ của hệ thống kích từ Unitrol_6800 tại Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

Nghiên cứu giải thuật di truyền (GA) bằng công cụ Genetic Algorithm Tool trong Matlab để tối ưu hóa bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận

Mô phỏng đánh giá kết quả chế độ điều khiển điện áp tự động (AVR) kết hợp với chức năng ổn định hệ thống điện PSS4B

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiếu nguyên lý làm việc của hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận

Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) tối ưu hóa bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận

Mô phỏng chức năng điều khiển điện áp tự động (AVR) có kết hợp với bộ ổn định hệ thống điện PSS4B tại Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng kiểm chứng

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ứng dụng giải thuật di truyền (GA) trong tối ưu hóa bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận giúp hệ thống làm việc ổn định và tin cậy

Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận ở chế độ điều khiển điện áp tự động (AVR) kết hợp với chức năng ổn định hệ thống PSS4B, từ kết quả đạt được xem xét đề xuất lựa chọn bộ ổn định PSS4B để hệ thống vận hành ổn định và tin cậy hơn

6 Cấu trúc luận văn:

Ngoài các phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn được chia thành

3 chương:

Chương 1: Tổng quan nhà máy thủy điện Hàm Thuận

Chương 2: Tìm hiểu hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận

Chương 3: Tối ưu bộ điều khiển kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận bằng giải thuật di truyền và mô phỏng đánh giá kết quả

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN

1.1 GIỚI THIỆU CÔNG TY CỔ PHẦN THỦY ĐIỆN ĐA NHIM – HÀM THUẬN – ĐA MI

Công ty Cổ phần Thủy điện Đa Nhim - Hàm Thuận - Đa Mi tiền thân là Nhà máy Thủy điện Đa Nhim - Hàm Thuận - Đa Mi được thành lập vào ngày 21/5/2001 trên cơ

sở sáp nhập 2 cụm Nhà máy Thủy điện Đa Nhim - Sông Pha và Hàm Thuận - Đa Mi Công ty đang quản lý vận hành 4 nhà máy thủy điện: Đa Nhim, Sông Pha, Hàm Thuận

và Đa Mi gồm 13 tổ máy, với tổng công suất lắp đặt là 642,5MW, điện lượng bình quân hàng năm khoảng 2,576 tỷ kWh

Nhà máy Thủy điện Đa Nhim được khởi công từ năm 1961 và hoàn thành năm

1964 gồm 4 tổ máy với tổng công suất 4 x 40 = 160 (MW)

Nhà máy Thủy điện Sông Pha được Công ty Điện lực 2 (nay là Tổng Công ty Điện lực Miền Nam) khởi công năm 1991 và đưa vào hoạt động từ năm 1994, lắp đặt

5 tổ máy có tổng công suất 7,5 (MW)

Năm 2001, Tổng Công ty Điện lực Việt Nam giao nhiệm vụ cho Nhà máy Thủy điện Đa Nhim tiếp quản và đưa vào vận hành Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận gồm 2

tổ máy với công suất lắp đặt là 2 x 150 = 300 (MW) và Nhà máy Thủy điện Đa Mi gồm 2 tổ máy với công suất lắp đặt là 2 x 87,5 = 175 (MW), tại Bình Thuận và đổi tên thành Nhà máy Thủy điện Đa Nhim - Hàm Thuận - Đa Mi

1.2 TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN

1.2.1 Thông số tuyến năng lượng

1.2.1.1 Hồ chứa

Hồ Hàm Thuận được hình thành dọc theo sông La Ngà và phụ lưu sông Đa Tro Chiều dài của hồ khoảng 9 km dọc theo sông La Ngà và 5 km dọc theo suối Đa Tro Lưu vực hồ Hàm Thuận là 1.280 km2

Các thông số chính của hồ:

Cao trình đỉnh đập: 609,5 m

1.2.1.3 Đập tràn

 Các thông số chính của đập tràn

Kênh dẫn vào: Mặt cắt hình thang, chiều rộng đáy là 74 m, dài 125 m

Cửa tràn là loại cửa cung, rộng 11m, cao 11,5 m

Ngưỡng tràn: Bằng bê tông, cao trình đỉnh 594 m

Dốc nước bằng bê tông, rộng 65 m, dài 86 m, tường cao 7 m, tiêu năng bằng mũi phóng

Kênh xả rộng 30 m, nền là đá sừng

 Thiết bị ở đập tràn

Mục đích của thiết bị ở đập tràn là kiểm soát mực nước hồ chứa khi có lũ và duy trì chức năng của cửa van

Cửa sửa chữa

Cửa sửa chữa được sử dụng để sửa chữa cửa van Cửa sửa chữa phân thành các đoạn Các thông số chính của cửa:

Cửa van và máy nâng ở đập tràn

Cửa van ở đập tràn dùng để điều tiết lưu lượng ở đập, để giữ mực nước và đảm bảo nhu cầu nước hàng ngày cho việc phát điện phù hợp với điều kiện dòng chảy và để

xả lượng nước thừa trong mùa lũ Cửa được nâng hạ bằng hệ thống tời điện Các thông

số thiết bị chính của cửa van và máy nâng:

Đập phụ No.1 No.2 No.3 No.4

1.2.1.5 Cửa lấy nước

Trong một công trình Thủy điện, chức năng của thiết bị ở cửa nhận nước là cung cấp nước vào đường hầm dẫn nước và để ngưng cung cấp nước khi cần tiến hành công việc kiểm tra và bảo dưỡng kết cấu tuyến năng lượng

 Lưới chắn rác

Lưới chắn rác được lắp đặt ở đầu vào của cửa nhận nước phía trước cửa van để giữ lại các vật trôi vào gây nguy hiểm cho đường dẫn

Các thông số chính của lưới chắn rác:

Cột nước thiết kế: 3 m (độ chênh cột nước ở 2 phía)

 Cửa sửa chữa

Cửa sửa chữa được lắp đặt để tiến hành kiểm tra và bảo dưỡng cửa van

Các thông số chính của cửa sửa chữa:

 Cửa van

Kiểu cửa van lắp đặt tại cửa nhận nước là cửa bánh xe để cửa van có khả năng đóng mở trong dòng chảy Gioăng kín nước được lắp đặt ở mặt sau cửa van do đóng cửa dưới áp lực cột nước cao

Các thông số thiết kế chính của cửa van:

Cột nước tĩnh thiết kế: 14 m

Thiết bị vận hành: Palăng điện di động (tốc độ nâng 1 m/phút)

 Palăng điện

Palăng điện được dùng làm thiết bị nâng hạ cửa van ở hai ống

Các thông số chính của palăng:

1.2.2 Các sơ đồ nối điện chính nhà máy

1.2.2.1 Sơ đồ nối điện 220 kV

Sơ đồ nối điện 220 kV nhà máy Hàm Thuận thể hiện phụ lục (1) và phụ lục (2)

Sơ đồ trạm 220 kV Nhà máy Hàm thuận là sơ đồ hệ thống 2 thanh cái làm việc song song được liên kết với nhau thông qua máy cắt kết giàn 200 Các mạch nguồn và phụ tải được phân bố đều cả 2 thanh cái: Mạch nguồn và phụ tải lẻ được kết nối với thanh cái lẻ (TC21), mạch nguồn và phụ tải chẵn được kết nối với thanh cái chẳn (TC22), bao gồm 4 mạch đường dây:

- Mạch đường dây 220 kV Hàm Thuận – Đa Mi được kết nối với Trạm Nhà máy Đa

Mi thông qua máy cắt 271

- Mạch đường dây 220 kV Hàm Thuận – Long Thành được kết nối với Trạm Long Thành thông qua máy cắt 272

- Mạch đường dây 220 kV Hàm Thuận – Phan Thiết được kết nối với Trạm Phan Thiết thông qua máy cắt 273

- Mạch đường dây 220 kV Hàm Thuận – Bảo lộc được kết nối với Trạm Bảo Lộc thông qua máy cắt 274

Sơ đồ hệ thống 220 kV vận hành có những ưu điểm sau:

- Vận hành hai thanh cái song song nên đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao

- Có thể sửa chữa, kiểm tra từng hệ thống thanh cái mà vẫn đảm bảo cho các mạch làm việc

- Mỗi mạch đường dây có DCL đường vòng được nối cố định với (TC21), dùng kết hợp với máy cắt kết giàn 200 để thay thế hay sửa chữa một máy cắt hoặc DCL phát tuyến mà mạch đường dây vẫn làm việc bình thường

- Dễ triển khai phát triển thêm phụ tải trong tương lai

1.2.2.2 Sơ đồ nối điện 110 kV

Sơ đồ nối điện 110 kV nhà máy Hàm Thuận thể hiện phụ lục (3)

Sơ đồ trạm 110 kV Nhà máy Hàm thuận là sơ đồ hệ thống 1 thanh cái có thanh cái vòng Bình thường thanh cái (TC11) làm việc chính Thanh cái (TC19) là thanh cái vòng không mang điện, máy cắt 100B và DCL hai đầu 100B-1 và 100B-2 mở

Bao gồm 3 phát tuyến được nối cố định với thanh cái (TC11) cấp nguồn cho trạm Phan Thiết và Đức Linh, mỗi mạch đường dây có 1 DCL đường vòng được nối

cố định với (TC19), đồng thời kết hợp với máy cắt vòng 100B dùng để thay thế, sửa chữa một máy cắt hay DCL của 1 phát tuyến, lúc đó mạch bảo vệ đường dây được chuyển về máy cắt 100B bảo vệ

Nguồn cho hệ thống 110 kV được lấy từ MBT 3T (220/110/22 kV) được kết nối với trạm GIS thông qua hai ngăn máy cắt 233 và 133, cấp điện cho 3 phát tuyến 110

1.2.2.3 Sơ đồ nối điện 22 kV

Sơ đồ nối điện 22 kV nhà máy Hàm Thuận thể hiện phụ lục (4)

Nguồn cung cấp cho trạm 22 kV Nhà máy Hàm Thuận được cấp từ cuộn 22 kV

hạ áp của MBT 3T qua DCL 433-1 cấp cho thanh cái (TC41), qua máy cắt 411 cấp cho thanh cái (TC43)

Thanh cái (TC41) là sơ đồ thanh cái có DCL phân đoạn 400-1 Cấp nguồn tự dùng cho tổ máy H1 thông qua MBT 7T bằng máy cắt 435, cho tổ máy H2 thông qua MBT 8T bằng máy cắt 436

Thanh cái (TC43) có 2 mạch phụ tải đi từ máy cắt 471 và 472

Mạch phát tuyến 471 cung cấp tự dùng cho nhà máy Đa Mi và cửa nhận nước Đa

Mi thông qua máy cắt 471 và DCL 471

Mạch phát tuyến 472 cấp điện cho các biến thế 1 pha và trạm Lòng Hồ, từ đó qua tuyến 471 trạm Lòng Hồ cấp điện cho cửa nhận nước và đập tràn Hàm Thuận thông qua máy cắt 472 và DCL 472

Ngoài ra còn cấp nguồn cho MBT tạo trung tính nối đất 9T dùng cho bảo vệ chạm đất trong vùng từ nhà máy ra trạm 9T và phát tuyến 471,472 Tạo trung tính cho các MBT một pha dọc theo các tuyến 471, 472

1.2.2.4 Sơ đồ nối điện 400Vac

Sơ đồ nối điện 400 Vac nhà máy Hàm Thuận thể hiện phụ lục (5)

Nguồn tự dùng nhà máy được cấp từ 4 máy biến thế tự dùng nhằm tạo độ tin cậy cao cho vận hành Gồm 2 máy biến thế 5T và 6T nối vào đầu cực 2 tổ máy và 2 máy biến thế 7T và 8T nối vào cuộn 22 kV của máy biến thế tự ngẫu 3T (220/110/22 kV) Cuộn 22 kV còn được cung cấp nguồn cho cho trạm 22 kV Nhà máy Hàm Thuận để cấp cho các phụ tải như: Đập Hàm Thuận, Đập Đa Mi và Nhà máy Đa Mi

- Nguồn tự dùng của tổ máy 1 được lấy từ máy biến thế 5T (13,8/0,4 kV) qua máy cắt 452-HS.5T hay máy biến thế 7T (22/0,4 kV) qua máy cắt 452 – HS.7T và được liên hệ với nhau qua máy cắt 452 – 1C với các dao cách ly 489 HS.5T, 489 HS.5TE, 489 HS.7T

- Nguồn tự dùng tổ máy H2 được lấy từ máy biến thế chính 6T (13,8/0,4 kV) qua máy cắt 452 – HS.6T hay máy biến thế 8T (22/0,4 kV) và được liên hệ với nhau qua máy cắt 452 -2C với các dao cách ly 489 HS.6T, 489 HS.6TE, 489 HS.8T

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Chương 1 đã giới thiệu tổng quát về Công ty Cổ phần Thủy điện Đa Nhim - Hàm Thuận – Đa Mi, các công trình chính về Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận và các sơ đồ nối điện chính của Nhà máy cũng như các ưu khuyết điểm của sơ đồ nối điện trong Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY

PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN

2.1 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG

BỘ

2.1.1 Chức năng của hệ thống kích từ [8]

Chức năng cơ bản của hệ thống kích từ là cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây tạo từ trường của máy điện đồng bộ Hệ thống kích từ được điều khiển và bảo vệ nhằm đáp ứng công suất phản kháng cho hệ thống qua sự điều khiển điện áp bằng cách điều khiển dòng điện kích từ

Chức năng điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố công suất và nâng cao tính ổn định của hệ thống Chức năng bảo vệ là đảm bảo được khả năng của máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị khác không được vượt quá các giới hạn

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống kích từ cung cấp và tự động điều chỉnh dòng kích từ của máy phát điện đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra cũng như giữ cho điện

áp ở đầu ra biến thiên trong phạm vi “cho phép liên tục” Các yêu cầu này có thể hình dung từ đường cong hình V của máy phát Độ dự trữ cho tốc độ biến thiên của nhiệt

độ, hư hỏng thiết bị, quá tải định mức khẩn cấp,… cần được quản lý công suất định mức trong trạng thái xác lập Thông thường định mức bộ kích từ biến thiên từ 2 ÷ 3,5 kW/MVA của định mức máy phát

Ngoài ra hệ thống kích từ phải có khả năng đáp ứng quá độ bất ổn định với từ trường cưỡng bức phù hợp với máy phát một cách tức thời và ngắn hạn Khả năng của máy phát ở đây xem như giới hạn bởi các yếu tố: Hư cách điện Rotor ở điện áp kích từ cao, nóng Rotor ở dòng kích từ lớn, nóng Stator do dòng tải phần ứng lớn, lõi bị nóng trong suốt thời gian vận hành ở trạng thái thiếu kích từ và sinh nhiệt do mật độ từ trường cao (V/Hz) Giới hạn nhiệt có đặc tính độc lập với thời gian, khả năng quá tải ngắn hạn của máy phát có thể mở rộng từ 15 ÷ 60 giây Để đảm bảo sự sử dụng tốt của

hệ thống kích từ, cần thiết biết đầy đủ khả năng đáp ứng của máy phát ngắn hạn miển không vượt quá giới hạn cho phép

Hệ thống kích từ sẽ giúp cho việc điều khiển điện áp có hiệu quả và nâng cao tính ổn định của hệ thống Nó sẽ có khả năng cho đáp ứng của độ bất ổn định một cách nhanh chóng để nâng cao quá độ ổn định và điều chỉnh từ trường của máy phát để nâng cao độ ổn định tĩnh

 Bộ điều chỉnh điện áp (AVR):

Xử lý và khuếch đại tín hiệu điều khiển đầu vào là điện áp đầu cực máy phát để tạo ra cách thức thích hợp nhằm điều khiển bộ kích từ Nó bao gồm cả việc điều chỉnh

và chức năng ổn định hệ thống kích từ (mạng hồi tiếp hoặc bù sớm – trễ pha)

 Bộ biến điệp áp ra và bù tải:

Cảm nhận điện áp ra đầu cực máy phát, chỉnh lưu và lọc nó thành điện áp một chiều, so sánh nó với một trị chuẩn (trị số đặt) là điện áp đầu ra máy phát mong muốn Ngoài ra bộ phận bù tải có thể được cung cấp (do sụt áp trên đường dây hoặc do công suất phản kháng) nếu muốn giữ điện áp không đổi tại các điểm ở đầu cực máy phát (ví dụ: Qua máy biến áp tăng áp) Bộ này còn được gọi là bộ tạo đặc tuyến điều chỉnh

 Bộ ổn định hệ thống công suất:

Cung cấp thêm một tín hiệu ở ngõ vào để hạn chế dao động công suất của hệ thống Những tín hiệu ở ngõ vào thường dùng là độ lệch tốc độ Rotor, sự tăng công suất và độ lệch tần số

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống kích từ máy phát điện

2.1.3 Phân loại hệ thống kích từ [8]

2.1.3.1 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện hình (2.2) Hệ thống kích từ loại này còn được gọi

là DC – Exciter, bao gồm có máy phát điện một chiều (MFDC) và bộ điều khiển dòng kích từ dựa trên các tín hiệu đo lường dòng điện và điện áp đầu ra của máy phát

Máy phát điện một chiều có hai dây quấn kích từ KTDC1, KTDC2 và cuộn KTMF là một cuộn kích từ của máy phát đồng bộ chính

Khi khởi động, nhờ có từ dư ban đầu trên đầu cực máy phát kích thích sẽ xuất hiện một điện áp ban đầu Giá trị điện áp đó khoảng vài phần trăm điện áp danh định Khi có điện áp kích thích quá trình tự kích sẽ diễn ra nhanh và đạt giá trị xác lập khi điều chỉnh RDC = 0 (Ω), điện áp kích thích sẽ đạt tới điện áp giới hạn, dòng điện kích thích đạt tới giới hạn Để truyền động cho máy phát kích thích có thể dùng động cơ sơ cấp độc lập hoặc được gắn đồng trục với máy phát

Việc truyền động cho máy phát kích thích nhờ gắn đồng trục với máy phát chính

có ưu điểm là đơn giản, hạ giá thành, tốc độ quay ổn định và không phụ thuộc vào điện

áp lưới tự dùng Tuy nhiên nó có nhược điểm cơ bản là khi cần sửa chữa máy kích thích thì phải dừng máy phát điện chính và không thể thay thế được bằng nguồn kích thích dự phòng Ngoài ra tốc độ quay của tua bin hơi quá lớn nên không thích hợp với máy phát điện một chiều Do đó, phương pháp này chỉ sử dụng ở các máy có công suất nhỏ và tốc độ quay chậm

Một phương pháp khác là sử dụng động cơ xoay chiều làm động cơ sơ cấp kéo theo máy kích thích Nếu động cơ sơ cấp sử dụng điện áp lưới thì có nhược điểm là vận hành phức tạp, giá thành hệ thống kích từ cao, chịu ảnh hưởng của sự thay đổi tần

số và điện áp lưới (nhất là trong trường hợp sự cố)

Do đó, trong phương pháp này thì phương án sử dụng động cơ được cung cấp điện từ máy phát điện xoay chiều nối cùng trục với máy phát điện chính phương án này có nhiều ưu điểm hơn

Nhược điểm của hệ thống kích từ dùng máy phát một chiều là khi cần công suất kích thích lớn thì khó khăn cho việc chế tạo, đặc biệt là hệ thống chổi than cổ góp là vấn đề làm hạn chế công suất của máy kích thích Bên cạnh đó, hằng số thời gian của

hệ thống lớn và điện áp kích từ giới hạn không cao dẫn đến phạm vi điều chỉnh dòng kích từ hẹp và khả năng điều chỉnh chậm Chính vì vậy, hệ thống kích từ loại này chỉ phù hợp cho các máy phát điện vừa và nhỏ

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ một chiều

2.1.3.2 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện hình (2.3) Hệ thống này còn được gọi là AC – Exciter loại Static Diode Trong đó máy phát điện xoay chiều tần số cao được chế tạo theo kiểu cảm ứng, trong đó cuộn dây kích từ đặt ở phần tĩnh và Rotor của nó không

có cuộn dây Do kết cấu rãnh của Rotor mà khi nó quay làm cho từ thông thay đổi Cuộn dây kích thích KTAC2 được nối tiếp với phụ tải là cuộn kích thích KTMF của máy phát điện đồng bộ Trục của máy phát chính quay thì máy phát kích thích phát ra điện áp cấp cho bộ chỉnh lưu để đưa ra dòng một chiều cấp cho mạch kích từ của máy phát đồng bộ Việc điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát chính được thực hiện bởi bộ tự động điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát chính được thực hiện bởi

bộ tự động điều chỉnh dòng kích từ trong cuộn dây KTAC1 thông qua các tín hiệu phản hồi từ các khối đo lường điện áp dòng điện

Ưu điểm của hệ thống này kích thích loại này là khả năng tạo ra công suất kích thích tương đối lớn và có thể áp dụng cho các máy phát điện có công suất từ 100 MW đến 300 MW Dòng điện một chiều sau khi chỉnh lưu có chất lượng ổn định (độ bằng phẳng cao) Ngoài ra, thiết bị làm việc với tần số cao còn có khả năng chống được nhiễu công nghiệp

Nhược điểm của nó chính là có vành trượt và chổi điện để cung cấp dòng kích thích cho máy phát chính cho nên công suất bị hạn chế Ngoài ra, hệ thống này còn có hằng số thời gian lớn nên độ tác động nhanh không cao

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống kích từ dùng máy phát phụ

2.1.3.3 Hệ thống kích từ tĩnh

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện hình (2.4) Các hệ thống kích từ đã trình bày ở trên đều có một điểm chung là thời gian tác động lớn (hằng số thời gian kích từ Te lớn bởi quá tính điện từ của máy phát kích thích)

Đây là một nhược điểm khiến cho yêu cầu kỹ thuật về chất lượng điện năng và tính ổn định của hệ thống điện rất khó được đảm bảo Giải pháp cho vấn đề này là phải làm cho tín hiệu của bộ điều chỉnh tự động tác động trực tiếp vào điện áp kích từ, nhờ

đó hằng số thời gian Te giảm xuống

Dây quấn kích thích của máy phát đồng bộ được cấp dòng điện một chiều nhờ bộ chỉnh lưu có điều khiển Nguồn điện cấp cho bộ chỉnh lưu là loại chỉnh lưu cầu 3 pha

có điều khiển Bộ điều chỉnh kích thích nhận các tín hiệu phản hồi dòng điện và điện

áp, điều chỉnh trực tiếp khối mạch chỉnh lưu, do đó thời gian tác động là rất nhanh Chính vì thế, hệ thống kích từ loại này được ứng dụng rọng rãi trong các máy phát công suất trung bình và lớn, có yêu cầu về chất lượng điều chỉnh cao

bộ giới hạn thiếu kích từ dòng phản kháng và bộ giới hạn kích từ cực tiểu

Tín hiệu điều khiển của bộ giới hạn thiếu kích từ được lấy từ sự kết hợp hoặc là điện áp và dòng điện, hoặc là công suất tác dụng và phản kháng của máy phát Các giới hạn xác định bằng tín hiệu vượt quá giá trị đặt Có nhiều cách để bổ sung chức năng thực hiện của bộ giới hạn thiếu kích từ Một số bộ giới hạn thiếu kích từ hoạt động theo tín hiệu sai số điện áp của bộ AVR Khi bộ giới hạn thiếu kích từ khởi động, một phần tử không tuyến tính (như Diode) bắt đầu dẫn tín hiệu ngõ ra của bộ giới hạn được kết hợp với các tín hiệu điều khiển khác của hệ thống kích từ

Sự cài đặt đặc tính của bộ giới hạn thiếu kích từ sẽ đặt nền tảng cho bảo vệ, như bảo vệ hệ thống bất ổn định hoặc là cuộn dây Stator phát nóng Ngoài ra đặc tính của

bộ giới hạn còn được phối hợp với bộ bảo vệ mất kích từ máy phát Hình (2.5) trình

bày cách mà đặc tính của bộ giới hạn thiếu kích từ (tượng trưng bằng mặt phẳng P – Q) thường sử dụng kết hợp với tính toán ổn định tín hiệu nhỏ và đặc tính Rơ le chống mất kích từ Nếu bộ giới hạn thiếu kích từ được sử dụng để bảo vệ chống lại vùng phát nóng, sự kết hợp theo cách tương tự, ngoại trừ giới hạn ổn định được thay thế bằng giới hạn phát nóng

Hình 2.5: Sự phối hợp giữa các phần tử thiếu, mất kích từ và giới hạn ổn định

2.1.4.2 Bộ giới hạn quá kích thích

Mục đích của bộ giới hạn quá kích từ là bảo vệ máy phát không bị quá nhiệt do quá dòng kích từ Bộ giới hạn này còn được biết như bộ giới hạn kích từ cực đại Cuộn kích từ máy phát được thiết kế hoạt động liên tục tại một giá trị đáp ứng tải định mức Nhiệt độ phát nóng thì cuộn kích từ Rotor máy phát quá tải được thiết kế theo tiêu chuẩn Hiện nay, việc bổ sung chức năng giới hạn quá kích từ thay đổi tùy thuộc vào máy phát và khối chức năng tiêu biểu Chức năng đặc trưng của bộ giới hạn kích từ là phát hiện ra dòng kích từ cao, sau thời gian trễ, tác động thông qua bộ điều chỉnh AC nhằm làm giảm độ dốc kích từ đến giá trị đã đặt trước (khoảng 100 ÷ 110% dòng kích từ định mức) Nếu không đạt, nó sẽ cắt bộ điều chỉnh AC, chuyển điều khiển đến bộ DC và xác định lại điểm đặt ở một giá trị đáp ứng đạt trị số định mức

2.1.4.3 Bộ giới hạn bảo vệ V/Hz

Bộ giới hạn V/Hz được sử dụng để bảo vệ máy phát và máy biến áp để không bị

hư hỏng do vượt quá dòng từ hóa – kết quả của tần số thấp và quá điện áp Dòng từ hóa vượt quá liên tục có thể là nguyên nhân chủ yếu của sự quá nhiệt Kết quả là có thể làm hư hỏng máy biến áp và cuộn dây máy phát

Bộ giới hạn V/Hz (hoặc bộ điều chỉnh V/Hz) điều khiển điện áp kích từ cũng như giới hạn điện áp máy phát khi giá trị V/Hz vượt quá trị số đặt trước

2.1.4.5 Bảo vệ quá điện áp Rotor

Mạch điện kích từ của máy phát xoay chiều đồng bộ là một mạch một chiều độc lập và nó không cần phải nối đất Khi sự cố chạm đất xảy ra ở cuộn dây kích từ thì vẫn không có dòng điện sự cố chạy xuống đất Do đó cũng không cần thiết phải tác động hiệu chỉnh sự cố ngay Thật vậy, các máy phát có thể thường vận hành với một sự cố chạm đất trên cuộn dây kích từ trong suốt thời gian dài Tuy nhiên sự cố như thế phải được phát hiện và phải được loại bỏ bởi sự nguy hiểm sẽ gia tăng nếu sự cố chạm đất điểm thứ hai sẽ làm ngắn mạch một phần của cuộn dây quấn kích từ và có thể gây ra

hư hỏng đến cuộn dây kích từ Hơn nữa nó làm thay đổi phân bố từ thông bên trong Rotor của máy phát điện Điều này làm cho máy rung mạnh và gây hư hỏng về cơ

AVR loại phản ứng nhanh và PSS được trang bị đóng vai trò tăng sự ổn định của máy phát như sau: AVR loại phản ứng nhanh tăng khả năng ổn định trong quá trình quá độ của máy phát khi xuất hiện sự cố trong hệ thống điện, còn PSS tăng ổn định tĩnh của máy phát chống lại dao động của hệ thống điện sau khi khắc phục sự cố

2.2 TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN

2.2.1 Tổng quan hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

Hệ thống kích từ Unitrol_6800 tại nhà máy Hàm Thuận bao gồm bộ điều khiển

vi xử lý, sử dụng công nghệ board mạch in và mạch thiết bị bán dẫn công nghệ cao, nó không chỉ điều khiển dòng điện, điện áp đầu ra các bộ chỉnh lưu mà còn có chức năng giới hạn và giám sát các chức thông số cũng như các chức năng điều khiển khác

Hệ thống kích từ điều chỉnh điện áp đầu ra và công suất phản kháng máy phát đồng bộ bằng cách điều khiển trực tiếp dòng kích từ đầu ra các cầu chỉnh lưu Thyristor Bộ phận chính của hệ thống kích từ là hai kênh điều khiển Chức năng chính của các kênh điều khiển là điều chỉnh điện áp đầu ra máy phát theo một chu trình khép kín

Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ Unitrol_6800 điều khiển máy phát Thủy điện Hàm Thuận thể hiện tại phụ lục (6)

Hệ thống kích từ được thiết kế đảm bảo các chế độ làm việc của máy phát Thủy điện như sau:

- Chạy không tải

- Điều khiển hòa máy phát vào hệ hống điện

- Làm việc trong hệ thống điện có phụ tải nằm trong các giới hạn của bộ biểu đồ phân bố công suất và quá tải cho phép của máy phát điện (giới hạn dòng Stator OCL)

- Quá kích thích với bội số quy định về dòng điện và điện áp khi có sự cố trên hệ thống điện làm giảm điện áp trên thanh cái của nhà máy (giới hạn quá kích thích OEL)

- Giảm kích thích máy phát khi sự cố trên hệ thống điện làm tăng điện áp trên thanh cái của nhà máy (giới hạn kém kích thích UEL)

- Làm việc ở chế độ tự động điều chỉnh điện áp (AVR)

- Làm việc ở chế độ điều chỉnh bằng tay (FVR)

- Chức năng quá giới hạn V/Hz

- Chức năng ổn định hệ thống điện (PSS)

- Chế độ khởi động đen (Black Start)

- Chế độ nạp đường dây (Line Charging)

- Diệt từ máy trong trường hợp dừng sự cố

- Chế độ thắng điện khi ngừng máy bình thường

2.2.2 Thông số chính hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

- Giới hạn dưới kích từ UEL:

- Dải điều chỉnh điện áp ở chế độ nạp đường dây: 2,76 kV ÷ 15,18 kV

- Chế độ bù đồng bộ:

- Chế độ thắng điện:

2.2.3 Chức năng các thành phần chính của hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ [10]

Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống kích từ Unitrol_6800

Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ Unitrol_6800 thể hiện hình (2.6) Hệ thống được chia thành các nhóm chính sau:

- Máy biến áp kích từ (EXT)

- Các khối chỉnh lưu (DOC)

- Các thiết bi điều khiển (Channel 1, Channel 2 và Backup Channel)

- Kích từ ban đầu (Field Flashing)

- Thiết bị diệt từ (DEE)

- Các thiết bị vào/ra (I/O Device)

Trong hệ thống kích từ tĩnh (hay còn gọi là kích từ dạng Shunt) Nguồn cung cấp cho hệ thống kích từ được lấy từ đầu cực máy phát Dòng điện kích từ của máy phát đồng bộ chạy qua máy biến áp kích từ Các bộ chỉnh lưu công suất và máy cắt kích từ Máy biến áp kích từ giảm điện áp đầu cực máy phát tới điện áp vào yêu cầu của các bộ chỉnh lưu, cung cấp điện áp cách ly giữa các đầu cực máy phát, cuộn dây kích từ và các bộ chỉnh lưu làm việc song song hoặc dự phòng cho nhau Dòng điện xoay chiều (AC) được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều (DC) có điều khiển

Trình tự khởi động được điều khiển bởi thiết bị kênh điều khiển Mạch kích từ ban đầu trong thực tế là một mạch dự phòng cho phép khởi động hệ thống kích từ nếu điện áp dư tại đầu cực máy phát là không đủ Mạch kích từ ban đầu bao gồm một điện trở giới hạn dòng, một cầu Diode khóa và một Contactor Nó được thiết kế để đạt được điện áp cần thiết tại các đầu vào từ 10 ÷ 20 Vac vì thế chức năng khởi động mềm bình thường có thể thực hiện được trình tự này

Sau khi đồng bộ với hệ thống, hệ thống kích từ vận hành bình thường trong chế

độ điều chỉnh điện áp tự động (AVR), để điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát Hơn nữa bộ AVR có thể bao gồm các chức năng điều chỉnh hoàn toàn tự động về điện áp hoặc cũng có thể vận hành một trong các năng điều khiển theo hệ số công suất (cosφ), điều khiển công suất phản kháng máy phát

Hệ thống kích từ có thể vận hành ở chế độ điều khiển theo dòng kích từ ở chế độ bằng tay (FCR) với mục đích thử nghiệm

Kèm theo các yêu cầu hệ thống thiết bị điều khiển được cấu hình như một kênh đơn, kênh đôi (kênh 1 và 2), hoặc là kênh ba (kênh 1, 2 và bằng tay) Một kênh dựa trên cơ sở là một thiết bị điều khiển (AVR/FCR chứa trong thiết bị AC800PEC) và thiết bị đo lường điều khiển thông tin (CCM), nó hình thành một hệ thống xử lý độc lập

Mỗi kênh điều khiển bao gồm:

- Phần mềm tự động điều chỉnh điện áp và dòng kích từ

- Giám sát kích từ/các chức năng bảo vệ

- Một Logic điều khiển có thể lập trình

Một kênh điều khiển dự phòng (CCM BU) được sử dụng như bộ điều chỉnh bằng tay (BFCR) Nó cũng bao gồm đầy đủ các chức năng giám sát dự phòng cao và các chức năng bảo vệ

Mạch giám sát dập từ trường bao gồm: Máy cắt kích từ, điện trở dập từ và Thyristor Crowbar với các phần tử điện tử được lắp đặt đi kèm Điện trở dập từ có thông số phụ thuộc vào máy cắt dập từ hồ quang điện DC và điện áp sinh ra tối đa trên cuộn dây kích từ Nó cũng được thiết kế để hấp thụ năng lượng dư được sinh ra từ cuộn dây kích từ Hệ thống kích từ được cắt với một máy cắt AC và DC

Mỗi mô đun chỉnh lưu được lắp đặt với một bộ thiết bị giao diện chỉnh lưu trong

bộ điều khiển chỉnh lưu (CCI), giao diện điều khiển góc mở (GDI), giao diện điều khiển chống nhiễu (SCI), giao diện tín hiệu điều khiển (CSI) và bảng điều khiển bộ chỉnh lưu (CCP)

Các thiết bị đầu vào/ra (CIO) đưa ra các tín hiệu điều khiển cách ly hoàn toàn

Hệ thống cũng trang bị một Rơ le bảo vệ chạm đất Rotor (GFR)

Ngoài ra còn có các khối nguồn, quạt làm mát bộ chỉnh lưu và thiết điều khiển kích từ (ECT) cho phép vận hành tại chỗ hệ thống kích từ

2.2.3.2 Các thiết bị điều khiển chính hệ thống kích từ

Thành phần chính của hệ thống điều khiển điện là thiết bị điều khiển AC800PEC cho tất cả các chức năng điều khiển dùng cho việc phát xung tốt hơn Thêm vào đó, thiết bị đo lường điều khiển thông tin (CCM) được ứng dụng cho bộ xử lý nhanh những giá trị đo lường thực của hệ thống

Trong hệ thống có dự phòng hoàn toàn cho nhau, cả hai kênh được tách biệt về

cơ khí Do đó, cho phép bảo dưỡng khi hệ thống đang vận hành dễ dàng Mỗi kênh có các phần tử điều khiển điện tử có thể điều khiển một hay nhiều bộ chỉnh lưu được kết nối song song với dòng định mức hệ thống lên đến 10.000A

Thiết bị giao diện như là thiết bị hợp bộ đầu vào/ra (CIO) và giao diện điều khiển

bộ chỉnh lưu (CCI) được sử dụng để cách ly hoàn toàn và điều chỉnh các tín hiệu điều khiển, được lắp đặt ở nơi các tín hiệu vào/ra, như là mỗi khối bộ chỉnh lưu có chứa một giao diện điều khiển bộ chỉnh lưu

Sơ đồ cấu hình phần cứng hệ thống kích từ thể hiện hình (2.7) [10], bao gồm:

 Thiết bị điều khiển chính AC800PEC

Thiết bị điều khiển chính AC800PEC là thành phần trung tâm của việc xử lý và thu thập thông tin, nó được kết nối dạng quang tới các khối khác

Thiết bị điều khiển được cấu tạo bởi khối điều khiển AC800PEC (PP D113) và bao gồm khối vi xử lý (PP D103), khối nguồn (KU D181) và khối quang (UF D128) Các chức năng chính của AC800PEC:

- Định nghĩa các thông số

- Chức năng điều khiển:

+ Tự động điều chỉnh điện áp máy phát (AVR)

+ Điều chỉnh dòng điện kích từ (FCR)

+ Giám sát và bảo vệ

- Điều khiển khởi động, vận hành, dừng và trình tự cắt sự cố

 Thiết bị đo lường điều khiển truyền thông (CCM) Thiết bị này đo lường các giá trị của máy phát và hệ thống, nó tạo ra một tín hiệu

số cơ bản các tín hiệu vào/ra số và tương tự Nó cũng bao gồm các giao diện bằng lập trình và các đấu nối dạng Fielbus

Hơn nữa, nó có thể hoạt động như một bộ điều khiển thay cho thiết bị AC800PEC với các chức năng ít hơn

Thiết bị dựa trên nền tảng là bộ điều khiển AC800PEC và bao gồm bộ vi xử lý (PEC80PM), khối đo lường kích từ (PEC80EMU), khối nguồn (PEC80PS) và khối quang (PEC80OM)

Các chức năng chính của thiết bị đo lường truyền thông (CCM):

- Chức năng đo lường: Đo lường các thông số máy phát Ug, Ig, Pg, Qg và fg được tính toán trực tiếp từ các giá trị đầu vào xoay chiều (AC) Tất cả các thông số đo lường khác được tính toán từ giá trị một chiều (DC)

- Giám sát đo lường

- Lưu trữ sự cố

Hình 2.7: Cấu hình phần cứng hệ thống kích từ Unitrol_6800

CIO CIO CIO CIO

Analog measurements signals Optical data transmission Power semiconductor control signals General data path

Control Channel 1

1 to8

AC 800PEC

CIO

Control Channel 2

AC 800PEC

Internal Interface

CCM

BU Backup Channel CCM

CCM

Customer Interface

 Các đầu vào - ra hợp bộ (CIO)

Thiết bị này là thiết bị đầu vào - ra tương tự về số cho dòng kích từ Unitrol Thiết

bị điều khiển chính dựa trên nền tảng là AC800PEC và bao gồm vi xử lý (PEC80PM), khối đầu vào - ra (PEC80IOU), khối nguồn (PEC80PS) và khối quang (PEC80OM) Các chức năng chính của thiết bị vào – ra (CIO):

- Xuất và nhận tín hiệu giao diện vào - ra số và tương tự

- Truyền thông tin tới các kênh

 Giao diện điều khiển bộ chỉnh lưu (CCI)

Giao diện điều khiển bộ chỉnh lưu (CCI) là một thiết bị phân tán và điều chỉnh điều khiển trên khối chỉnh lưu Nó là thiết bị chính giao tiếp đến (GDI), (CSI) và (SCI)

Thiết bị dựa trên nền tảng bộ điều khiển (AC800PEC) và bao gồm khối vi xử lý (PEC80PM), khối điều khiển chỉnh lưu (PEC80CCU), khối nguồn (PEC80PS) và khối quang (PEC80OM)

Các chức năng chính của giao diện điều khiển bộ chỉnh lưu (CCM):

- Đo lường:

+ Đo lường điện áp đồng bộ

+ Đo lường dòng điện qua Thyristor

+ Đo lường dòng điện một chiều (IDC)

+ Đo lường điện áp kích từ (Uf)

+ Đo lường dòng điện vào cầu chỉnh lưu (IAC)

- Giám sát bộ chỉnh lưu

- Điều khiển góc kích cầu chỉnh lưu (GCU)

- Truyền thông tin đến các kênh:

Mỗi bộ chỉnh lưu có một giao diện chỉnh lưu riêng Mỗi giao diện điều khiển bộ chỉnh lưu (CCI) được kết nối với mỗi kênh điều khiển thông qua các đường truyền quang Các giao diện bộ chỉnh lưu (CCI) không có sự liên kết với nhau

Hình 2.8: Nguyên lý kết nối thông tin từ kênh điều khiển đến (CCI)

Các tín hiệu đầu ra từ giao diện bộ chỉnh lưu (CCI) được gửi đến tất cả các kênh hiện hành Tất cả các tín hiệu đến để giao diện bộ chỉnh lưu (CCI) được nhận là từ kênh hoạt động Các tín hiệu hoạt động được phát trong mỗi kênh hoạt động và gửi đến giao diện bộ chỉnh lưu (CCI) thể hiện hình (2.8) [10]

2.2.4 Chức năng điều khiển chính của hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận

2.2.4.1 Chức năng kích từ ban đầu

Khi hệ thống kích từ đã sẵn sàng, tốc độ quay của máy phát điện đã đạt định mức, khi có lệnh khởi động đến hệ thống kích từ dẫn máy phát đến trạng thái được kích từ ở đó nó sẵn sàng đồng bộ với hệ thống Nó sẽ tạo ra dòng điện kích từ và hình thành điện áp đầu cực máy phát

Đầu tiên bằng việc điều khiển mở tất cả các Thyristor ở chế độ chỉnh lưu hoàn toàn để bắt đầu từ điện áp dư máy phát và sau đó bằng việc thay đổi theo hàm dốc điện

áp máy phát và dòng kích từ theo chế độ điều khiển 6 xung (khởi động mềm) cho tới khi điện áp định mức

Nếu điện áp dư trên máy phát là không đủ, mạch kích từ ban đầu được sử dụng

để khởi đông tạo dòng kích từ yêu cầu cực tiểu

Bình thường hệ thống kích từ có thể được khởi động từ điện áp dư máy phát (chỉ khoảng 5 Vac) tại đầu vào của bộ chỉnh lưu là đủ để khởi động hệ thống kích từ

Nguyên lý mạch kích từ ban đầu khi không dùng nguồn phụ một chiều thể hiện hình (2.9)

Hình 2.9: Nguyên lý kích từ ban đầu khi không dùng nguồn phụ một chiều

Phương pháp khởi động được đưa ra như sau:

- Lệnh khởi động đến hệ thống kích từ, hệ thống kích từ điều khiển đóng máy cắt kích từ và điều khiển cấp các xung chỉnh lưu Thyristor mở

- Ban đầu, tất cả các Thyristor mở liên tục (cầu Thyristor mở hoàn toàn)

- Sau khi đạt 10 ÷ 20 (Vrms) trên phía thứ cấp máy biến áp kích từ thì một điều chỉnh góc mở xung tác động và bộ chỉnh lưu có thể làm việc bình thường Lúc này, chức năng khởi động mềm khởi tạo điện áp đến giá trị đặt trước theo yêu cầu Giản đồ khởi động mềm có thể được điều chỉnh

- Nếu máy phát đồng bộ không cung cấp đủ điện áp dư thì sau một khoảng thời gian chờ, một trình tự điều khiển sẽ xác định điều kiện này và tác động mạch kích từ ban đầu từ nguồn cung cấp điện một chiều

- Nếu nguồn cung cấp cho hệ thống kích từ được lấy từ lưới, ngay sau khi có lệnh khởi động đến hệ thống kích từ thì các cầu chỉnh lưu Thyristor sẽ được điều khiển góc

mở ban đầu để đưa điện áp đầu cực máy phát đến giá trị đặt theo yêu cầu

Mạch kích từ ban đầu thực tế là mạch dự phòng để kích từ ban đầu trong trường hợp điện áp dư đầu cực máy phát không đủ kích thích Mạch kích từ ban đầu cung cấp cho hệ thống kích từ trong quá trình khởi động tổ máy ở chế độ khởi động đen hoặc thử đường dây

2.2.4.2 Chức năng điều khiển điện

Nhiệm vụ chính của một bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) là điều khiển và điều chỉnh chính xác điện áp đầu cực và dòng công suất phản kháng của máy phát đồng bộ Để thực hiện đầy đủ các yêu cầu này, điện áp kích từ phải đạt được giá trị yêu cầu nhanh ứng với việc thay đổi tại các điều kiện vận hành Để hoàn thành bộ điều chỉnh yêu cầu có một bộ điều khiển tốc độ cao Nó liên tục so sánh các giá trị thực với các giá trị đặt và thay đổi phần tử điều khiển cuối cùng (góc mở của bộ chỉnh lưu) với một thời gian trễ không đáng kể

Thiết bị điều khiển chính AC800PEC tính toán để cho phép điều khiển từ các giá trị đo lường trong khoảng thời gian rất ngắn Kết quả là một giá trị liên tục cân bằng luôn được tạo ra với một thời gian trễ không đáng kể

Quá trình tính toán được thực hiện hoàn toàn bằng số Các tín hiệu đo lường tương tự như là điện áp và dòng điện đầu cực máy phát được chuyển thành dạng tín hiệu số bởi các bộ chuyển đổi tương tự/số, nó là một thành phần của thiết bị đo lường điều khiển thông tin (CCM) Điểm đặt và các giá trị giới hạn được định nghĩa bởi các trang dạng số

2.2.4.3 Chức năng tự động điều khiển điện áp (AVR)

a Chức năng của bộ điều khiển

Bộ điều khiển gồm có các phần sau:

- Bộ thông số đặt AVR

- Nút tổng

- Bộ điều khiển PID

- Logic Min/Max

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển AVR

Bộ thông số đặt AVR:

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý chức năng thông số đặt bộ AVR

figure below

Control commands Superimposed regulator (s)

Follow-up control Request external reference External reference Bus Voltage Tracking

Trong đó:

- Control commands: Lệnh điều khiển

- Superimposed regulator (s): Bộ điều khiển bổ sung theo giá trị

- Request external reference: Giá trị tham chiếu yêu cầu bên ngoài

- External reference: Giá trị tham chiếu đặt trước từ bên ngoài

 Thành phần bù công suất P và Q (P, Q - Static):

Giá trị công suất P và Q tĩnh được cộng vào giá trị tham chiếu để bù lại lượng công suất P và Q tiêu thụ ở máy biến áp và đường dây truyền tải gây nên sụt áp Lượng công suất Q tĩnh này cũng cần cho việc ổn định trong quá trình vận hành của hai hay nhiều máy phát cùng nối chung đến một thanh cái Trong trường hợp này tín hiệu công suất Q tĩnh giảm giá trị đặt AVR tương ứng với việc tăng công suất phản kháng Q Thay đổi giá trị đặt làm cho công suất Q hoặc P thay đổi trong khoảng ± 20%

 Thành phần khởi động mềm (Softstart):

Thiết bị khởi động mềm cung cấp cho quá trình cường hành điện áp đầu cực khi khởi tạo kích từ (kích từ ban đầu) Quá trình khởi động của hệ thống kích từ càng sớm càng tốt, ngay sau khi lệnh khởi động kích từ ban đầu hoàn thành (khoảng 10% điện

áp đồng bộ máy phát), tín hiệu khởi động mềm tăng điện áp đầu cực máy phát đến giá trị đặt mong muốn với một đặc tính có thể điều chỉnh được Tín hiệu này sẽ duy trì cho đến khi giá trị điện áp vượt quá tín hiệu từ điểm đặt của máy phát

Thành phần điểm đặt tổng:

Điểm đặt tổng tạo ra điểm đặt cho bộ tự động điều khiển điện áp máy phát (AVR) Để tránh hiện tượng bơm thêm vào giá trị quá lớn của bộ giới hạn, do đó điểm đặt được thay đổi 0,05 (p.u) trong trường hợp có một bộ giới hạn tác động

Hình 2.12: Nguyên lý điểm đặt tổng

Thành phần bộ điều khiển PID:

Bộ điều khiển PID (bộ lọc sớm – trễ pha) là bộ phận chính của AVR Một hằng

số thời gian được đặt tới 0, sự đáp ứng sớm - trễ pha được thông qua

Tất cả các bộ lọc PID điển hình đều có cấu hình giống nhau Chỉ khi xuất hiện

các vấn đề qua quá trình thí nghiệm thì các giá của bộ lọc PID có thể sẽ được thay đổi

Hình 2.13: Nguyên lý hàm truyền bộ điều khiển PID

Trong đó:

- TB1/2, TC1/2: Hằng số thời gian

- KR: Hệ số tỷ lệ

- GR: Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu

- Vrmax: Giới hạn max

- Vrmin: Giới hạn min

Hình 2.14: Đặc tính bộ điều khiển PID lead_ lag

b Các bộ giới hạn của AVR

Để đảm bảo sự vận hành chính xác của máy phát và hệ thống kích từ, kênh điều chỉnh bao gồm các bộ giới hạn khác nhau Với mục đích là để giữ máy phát làm việc trong khoảng giới hạn được định nghĩa bởi biểu đồ công suất và để tránh hệ thống kích thích chống lại sự quá tải hoặc trong các trường hợp sự cố, sự đưa vào làm việc của các bộ giới hạn tránh việc cắt không cần thiết của máy phát bởi các chức năng bảo vệ

Hệ thống kích từ cung cấp các chức năng giới hạn sau:

+ Bộ giới hạn công suất P – Q

Vp

1

1 T_ B2

Các yêu cầu chung đối với các bộ giới hạn:

Mỗi bộ giới hạn được cấu tạo với một bộ lọc PID độc lập của chính nó Bộ giới hạn phải có chức năng điều chỉnh điểm đặt

Biểu đồ công suất điển hình của một máy phát đồng bộ cực lồi Hình (2.15) thể hiện một đặc tính công suất điển hình với các giới hạn làm việc của máy phát đồng bộ cực lồi trong chế độ vận hành ổn định theo điện áp tại các đầu cực máy phát bằng 1 (p.u)

Hình 2.15: Nguyên lý đặc tính công suất và giới hạn AVR

Nguyên lý làm việc của các bộ giới hạn:

 Bộ giới hạn công suất P – Q:

Bộ giới hạn P - Q tránh cho máy phát vận hành vượt qúa các giới hạn ổn định và tránh hiện tượng mất đồng bộ

Một giới hạn P - Q có thể được định nghĩa với 6 giá trị công suất phản kháng tại:

P = 0%, P = 20%, P = 40%, P = 60%, P = 80% và P = 100% Trong qua trường hợp vận hành không bình thường điện áp máy phát thay đổi

 Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực tiểu:

Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu duy trì dòng kích từ tại một mức cực tiểu Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu chỉ được tác động khi máy làm việc trên lưới

Nếu bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu được tác động thì sự sai lệch giữa dòng kích từ thực tế và dòng kích từ cực tiểu được tính toán và có thể được sử dụng để bảo

vệ máy phát từ dòng kích từ quá thấp Chức năng này thường được áp dụng cho các máy phát thủy điện, vì máy phát thủy điện có thể vận hành dưới các mức kém kích thích trên đặc tính công suất

voltage at the generator terminals of 1 p.u

Figure 2-17 Power Chart, AVR Limiters

Hình 2.16: Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện kích từ cực tiểu

 Bộ giới hạn dòng điện Stator:

Bộ giới hạn dòng điện Stator có chức năng giới hạn dòng điện dung và tránh quá tải nhiệt cảm ứng

Hình 2.17: Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện Stator

Nguyên lý làm việc dựa trên cơ sở giống như bộ giới hạn dòng điện kích từ thấp

và kích từ cực đại Chỉ có khác là bộ giới hạn dòng điện Stator quá kích từ không có một giới hạn cực đại

- Chức năng kém kích từ:

Trong trường hợp kém kích từ xảy ra bộ giới hạn dòng điện Stator đáp ứng tức thời và giảm dòng điện Stator tới giới hạn nhiệt cho phép bằng việc tăng dòng điện kích từ

- Chức năng quá kích từ:

Trong trường hợp quá kích từ xảy ra, bộ giới hạn dòng điện Stator khởi động bộ tích phân với giá trị ∆i2 (ở đây ∆I= Ig - Igth) giá trị cực đại mà bộ tích phân có thể đạt được là tỷ lệ với dung lượng nhiệt của Stator Sớm tạo ra tại đầu ra của bộ tích phân khi vượt quá khả năng nhiệt của Stator, điểm đặt của bộ giới hạn dòng điện Stator sẽ được điều chỉnh giảm trơn đến dòng điện nhiệt Stator cho phép Phụ thuộc vào thời gian đẳng trị của bộ tích phân sẽ đưa ra bởi chức năng thời gian trễ

Bộ điều chỉnh kích từ không ảnh hưởng đến thành phần công suất tác dụng của dòng điện máy phát Vì thế bộ điều chỉnh Q = 0 dịch công suất phản kháng Q tới 0 để

Release minimum field current limiter

Actual field current Output

Minimum field current

-

Σ

+

bảo vệ máy phát

Hình 2.18: Nguyên lý bộ điều khiển công suất Q = 0

 Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại:

Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại có hai điểm đặt giống nhau: Điểm đặt thứ nhất

là giới hạn dòng điện cường hành thoáng qua (dòng cường hành kích từ) và điểm đặt thứ hai là chống lại sự quá nhiệt (vận hành liên tục ở chế độ cực đại)

Hình 2.19: Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại

c Bộ điều chỉnh bổ sung:

Phần mềm của kênh bao gồm một bộ điều chỉnh bổ sung để điều khiển tự động công suất phản kháng của máy phát, hệ số công suất hoặc chức năng xả công suất Q

Bộ điều chỉnh bổ sung đưa ra các xung tăng hoặc giảm để thay đổi điểm đặt AVR

Bộ điều chỉnh bổ sung chỉ có thể được cho phép làm việc nếu đủ các điều kiện dưới đây:

- Máy phát hòa lưới

- Một kênh đang hoạt động và chế độ bộ điều chỉnh ở AUTO

- Bộ điều chỉnh được hoạt động bởi các tín hiệu nhị phân từ xa

- Bộ điều chỉnh bổ sung được chia thành các dạng sau: