Lời giải đề cương môn TRẠM PHÁT dự phòng

Chương 1 ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM PHÁT ĐIỆN 1. Tại sao phải ổn định điện áp máy phát ? + Ngày nay, các trạm phát điện chủ yếu dùng máy phát đồng bộ xoay chiều 3 pha. Đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ xoay chiều 3 pha : U = f(I T ) cosϕ = const I KT = const n = const U 1 E 0 U cos ϕ = 0 ( ϕ = 90 0 ) cos ϕ = 0,8 ( ϕ > 0) cos ϕ = 1 ( ϕ = 0) cos ϕ = 0,2 ( ϕ < 0) cos ϕ = 0 ( ϕ = -90 0 ) I T I nm I ®m Hình 1.1 + Từ đặc tính ngoài ta thấy : Các máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha có sự thay đổi điện áp rất lớn trong quá trình nhận và bớt tải. Sự thay đổi điện áp định mức trong khoảng : dm U ∆ = (40 ÷ 50)% U đm         ∆= dm o U E U %100. 1 + Tải thực tế của máy phát xoay chiều là tải hỗn hợp giữa R và L (Tải mang tính chất cảm kháng : ϕ > 0). Do vậy khi I T tăng dẫn đến U MF giảm. Nếu như với cùng giá trị dòng tải, khi giá trị cos ϕ thay đổi (Tính chất tải thay đổi) thì U cũng thay đổi. + Tất cả các thiết bị điện là phụ tải của máy phát điện hay các khí cụ trang bị trong hệ thống năng lượng đều được chế tạo để làm việc với một điện áp nhất định gọi là điện áp định mức. Nếu điện áp có thay đổi thì giá trị cho phép là rất nhỏ , khoảng từ (2 ÷ 3)% U đm . Nếu điện áp thay đổi lớn sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của ánh sáng, tốc độ động cơ và đến lực hút của các công tắc tơ, rơle. Trong trường hợp U >U đm ảnh hưởng đến tuổi thọ của chúng. 2. Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp máy điện xoay chiều đồng bộ ? + Đối với máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha , ta có phương trình cân bằng điện áp như sau: IRIXjEU kt  . −−= Trong đó: U: Điện áp ra của máy phát E KT : Suất điện động của máy phát X: Trở kháng đồng bộ R: Điện trở cuộn dây stator. I : Dòng điện tải của máy phát + Từ phương trình trên ta thấy , đối với máy phát xoay chiều đồng bộ, có 4 nguyên nhân gây ra sự thay đổi điện áp: - Khi cường độ dòng tải thay đổi: I T ↑↓ → φ fưfư ↑↓ → φ th ↓↑ → E ↓↑ → U ↓↑ - Khi tính chất tải thay đổi: cos ϕ↑↓ → φ fưfư ↓↑ → φ th ↑↓ → E ↑↓ → U ↑↓ - Khi tốc độ rôto thay đổi: n ↑↓ → E ↑↓ → U ↑↓ - Khi nhiệt độ cuộn dây kích từ thay đổi: t 0 ↑↓ → R Kt ↑↓ → I Kt ↓↑ → E ↓↑ → U ↓↑ Từ các nguyên nhân và các tác hại của sự dao động điện áp trên, ta thấy sự cần thiết của việc giữ điện áp máy phát không đổi thông qua các bộ tự động điều chỉnh điện áp. 3. Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch ? SS: Bộ so sánh kt I kt CL ∆ U = U 0 - U MF U o U MF MF K§ SS KĐ: Bộ khuyếch đại CL: Bộ chỉnh lưu U MF : Điện áp máy phát U 0 : Điện áp cho trước Hình 1.2 + Phần tử so sánh nhận tín hiệu so sánh là U MF . Điện áp này so sánh với điện áp cho trước rồi đưa ra tín hiệu sai lệch ∆U = U 0 - U MF . Tín hiệu sai lệch này được khuếch đại, sau đó điều khiển bộ chỉnh lưu , từ đó điều chỉnh được dòng kích từ máy phát. Khi : U MF ↓ → ∆U↑ → I Kt ↑ → U MF ↑ U MF ↑ → ∆U↓ → I Kt ↓ → U MF ↓ + Ưu điểm của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch: - Hệ thống đơn giản, kích thước và trọng lượng nhỏ. - Độ chính xác cao. - Hoạt động với tất cả các nguyên nhân gây ra dao động điện áp. + Nhược điểm: - Ổn định động kém: Độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ lớn, nhất là khi khởi động trực tiếp các động cơ lồng sóc có công suất lớn. 4. Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu : Hệ thống phức hợp dòng ? Hệ thống phức hợp dòng: Bd I CL 1 CL 2 U KT MF • • B d : Biến dòng CL 1 , CL 2 : Chỉnh lưu MF: Máy phát KT: Cuộn dây kích từ máy phát Hình 1.5 + Hệ thống phức hợp dòng có 2 phản hồi: đó là phản hồi áp U và phản hồi dòng I. + Hệ thống phức hợp dòng là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp được cộng lại với nhau phía một chiều (Sau chỉnh lưu). + Với cấu trúc như vậy, hệ thống chỉ điều chỉnh được với nguyên nhân là cường độ dòng tải, còn các nguyên nhân khác hệ thống không điều chỉnh được. Chính vì vậy, hệ thống phức hợp dòng không được ứng dụng nhiều. Nó chỉ hay được dùng kết hợp với nguyên lý độ lệch. 5. Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu : Hệ thống phức hợp pha ? + Hệ thống phức hợp pha là hệ thống điều chỉnh theo hai nhiễu chính, đó là: cường độ dòng tải I và tính chất tải cos ϕ. + Hệ thống phức hợp pha là hệ thống có tín hiệu áp và tín hiệu dòng được cộng pha với nhau (Cộng véctơ) hay còn gọi là cộng phía xoay chiều (Trước chỉnh lưu). + Hệ thống phức hợp pha được chia làm 2 loại: - Hệ thống phức hợp pha song song: là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng song song với nhau (Hình 1.6). - Hệ thống phức hợp pha nối tiếp: là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng nối tiếp với nhau (Hình 1.7). + I t = KI là dòng thứ cấp biến dòng; I: dòng điện máy phát + U: điện áp MF + I u : dòng qua cuộn cảm + I kt : dòng kích từ + R: điện trở cuộn kích từ + Với các sơ đồ trên hệ thống phức hợp pha có thể điều chỉnh được với 2 nhiễu là : Cường độ dòng tải I và tính chất tải cos ϕ. Giải thích bằng đồ thị véc tơ : Xét pha A: - Khi cường độ dòng tải thay đổi trong khi tính chất tải không thay đổi (Hình 1.8): I 2 > I 1 → U MF ↓ I I Σ 2 > I Σ 1 I kt2 > I kt1 → U MF ↑ U I kt a I t K.I R X t U b I kt a b I U U X CC R I.I I t I kt CL U I X t U kt F Bd I kt CL Bd I t I U CC F kt Hình 1.6 Hình 1.7 Ua I2 I I Σ 2 I1 I Σ 1 ϕ Uc Ub Hình 1.8 - Khi tính chất tải thay đổi trong khi cường độ dòng tải không đổi (Hình 1.9) + Ưu điểm: - Cấu trúc đơn giản, độ bền và độ tin cậy cao. - Có khả năng cường kích lớn và tính ổn định động tốt (Không giao động, thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh nhỏ). cos ϕ 1 > cos ϕ 2 → U MF ↓ I Σ 2 > I Σ 1 I kt2 > I kt1 → U MF ↑ Hình 1.9 + Nhược điểm: - Độ chính xác thấp. - Kích thước lớn: vì có biến dòng và cuộn cảm. - Khả năng tự kích kém (Để cải thiện quá trình tự kích cần mắc thêm tụ điện) - Chỉ điều chỉnh được với cường độ dòng tải và tính chất tải. 6. Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp kết hợp ? + Để lợi dụng được những ưu điểm cơ bản của nguyên lý điều chỉnh theo nhiễu và nguyên lý điều chỉnh theo độ lệch , người ta xây dựng hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên lí kết hợp: - Kết hợp giữa phức hợp pha và độ lệch (Hình 1.12). ϕ 2 ϕ 1 I U I I U A U C U B I Σ1 I Σ2 - Kết hợp giữa phức hợp dòng và độ lệch (Hình 1.13). Hình 1.12 Hình 1.13 1: Biến dòng, 2: Biến áp, 3: Chỉnh lưu Diode, 4: Chỉnh lưu Tiristor; 5: Phần tử so sánh, 6: Khuyếch đại và tạo xung, 7: Cuộn cảm Hình 1.12 : - Máy phát F có 2 cuộn kích từ, từ thông của hai cuộn ngược chiều nhau. - Dòng kích từ chính tạo ra từ thông φ 1 , được cấp từ mạch phức hợp pha , bao gồm: Biến áp phức hợp 1, Cuộn cảm 7, Diode 3. - Mạch hiệu chỉnh theo độ lệch bao gồm: Cuộn kích từ tạo ra từ thông φ 2 , Tiristor 4, khối so sánh 5, Khối khuyếch đại và tạo xung 6. - Khi không có từ thông φ 2 , điện áp MF bằng 110%U đm . Khi có từ thông φ 2 , điện áp MF được kéo xuống bằng U đm . Hình 1.13 : - Mạch phức hợp dòng bao gồm: Biến dòng 1, Diode 3. - Mạch hiệu chỉnh theo độ lệch bao gồm: Tiristor 4, Biến áp 2, Khối so sánh 5, Khối khuyếch đại và tạo xung 6. - Máy phát F có một cuộn dây kích từ. - Tín hiệu phần phức hợp dòng và phần hiệu chỉnh theo độ lệch được cộng điện với nhau. 7. Thuyết minh sơ đồ các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp : a. Theo nguyên lý độ lệch bằng bán dẫn b. Theo nguyên lý phức hợp pha song song c. Theo nguyên lý kết hợp Chương 2 CÔNG TÁC SONG SONG CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN 1. Ưu điểm của trạm phát có các máy phát công tác song song ? Nguồn điện dự phòng cho các phụ tải trong các hệ thống điện của các nhà máy, các công ty, các công trường.v.v . có thể lấy từ một tổ máy phát Diesel hoặc từ nhiều tổ máy phát Diesel công tác song song với nhau .Trạm phát điện dự phòng có công suất lớn thường có từ 2 tổ máy phát Diesel trở lên . Các máy phát điện này có thể công tác song song với nhau * Ưu điểm của trạm phát có các máy phát công tác song song là: + Tạo điều kiện giảm bớt các thiết bị chuyển mạch và dây cáp nối các phần tử và thiết bị với nhau. + Giảm bớt trọng lượng kích thước của các thiết bị phân phối điện. + Bảo đảm nguồn điện liên tục cho các phụ tải trong mọi trường hợp (ngay cả khi chuyển tải từ máy này sang máy khác). + Giảm bớt sự dao động điện áp khi tải tăng đột ngột. + Nâng cao hiệu suất sử dụng công suất của các tổ máy phát. * Nhược điểm: + Đòi hỏi người sử dụng có trình độ cao về chuyên môn. + Độ lớn dòng ngắn mạch tăng, cần phải có các thiết bị bảo vệ ngắn mạch phức tạp và bảo vệ công suất ngược. + Sự phân chia tải phức tạp. 2. Khái niệm về hòa đồng bộ chính xác – Phương pháp hòa bằng đèn tắt ? + Hoà đồng bộ chính xác: Tại thời điểm đóng mát phát lên thanh cái, tất cả các điều kiện phải được thoả mãn. Hoà đồng bộ chính xác: + Để đảm bảo khi hòa máy phát vào mạng không gây ra xung dòng lớn, cần phải đảm bảo các điều kiện hòa đồng bộ. + Điều kiện hoà đồng bộ chung là: điện áp tức thời của máy phát và của lưới trong các pha tương ứng phải bằng nhau. + Điện áp tức thời của lưới: u A1 = U 1 sin(ω 1 t - α 1 ) u B1 = U 1 sin (ω 1 t - α 1 - 2Π/3) u C1 = U 1 sin(ω 1 t - α 1 - 4Π/3) + Điện áp tức thời của máy phát : u A2 = U 2 sin(ω 2 t - α 2 ) u B2 = U 2 sin(ω 2 t - α 2 - 2Π/3) u C2 = U 2 sin(ω 2 t - α 2 - 4Π/3) Trong đó: U 1 , U 2 : Biên độ của điện áp pha lưới và máy phát ω 1 , ω 2 : tần số góc của điện áp lưới và máy phát α 1 , α 2 : góc pha đầu của điện áp lưới và máy phát + Khi hoà ta phải có: u A1 = u A2 ; u B1 = u B2 ; u C1 = u C2 + Muốn điều kiện trên thoả mãn ta phải có: 1) U 1 = U 2 2) ω 1 = ω 2 3) α 1 = α 2 4) Thứ tự pha của lưới và của máy phát phải như nhau. Nói cách khác: Sao véc tơ điện áp của lưới phải trùng với sao véc tơ điện áp của máy phát U A1 U C1 U B1 U A2 U C2 U B2 ω 1 ω 2 . ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM PHÁT ĐIỆN 1. Tại sao phải ổn định điện áp máy phát ? + Ngày nay, các trạm phát điện chủ yếu dùng máy phát đồng bộ xoay chiều. tổ máy phát Diesel hoặc từ nhiều tổ máy phát Diesel công tác song song với nhau .Trạm phát điện dự phòng có công suất lớn thường có từ 2 tổ máy phát Diesel