6.1 CÁC LỰA CHỌN CHUNG
Hệ thống kích thích tự kích phối hợp đầu ra máy biến áp xoay chiều lực (PPT) nối tới đầu cực điện áp cao của máy phát với đầu ra các máy biến dịng lực được đặt một cái cho mỗi pha của máy phát. Đầu ra phối hợp giữa PPT với các máy biến dịng lực tạo ra một vectơ điện áp phụ điện áp này được chỉnh lưu qua một cầu chỉnh lưu cĩ điều khiển bằng SCR và cung cấp từ trường cho máy phát. Một bộ điều chỉnh điện áp tự động giám sát điện áp đầu cực và xác định tổng cơng suất cung cấp đến kích thích máy phát để duy trì đầu ra của máy phát là hằng số. Khi cĩ một sự cố xảy ra trong hệ thống phân phối điện, hệ thống kích thích tự kích được thiết kế để cung cấp dịng điện đầy đủ trong khoảng 10s phụ thuộc vào đặc tính thiết kế của máy để cung cấp đủ thời gian cho bảo vệ máy phát cắt sự cố. Xem tiêu chuẩn ANSI C50.13.
Trải qua sự cố, điện áp đầu cực máy phát sẽ giảm phụ thuộc vào điện kháng giữa máy phát và vị trí điểm sự cố. Xem hình 3. Với một hệ thống kích thích tự kích, dịng điện sự cố được cung cấp bởi máy phát sẽ cung cấp nguồn đến hệ thống kích thích qua các máy biến áp dịng lực để cung cấp nguồn từ trường máy phát do đĩ duy trì dịng điện sự cố trong khoảng thời gian đủ để phối hợp rơle cho việc cắt máy cắt.
Hình 3: Hệ thống kích thích tổ hợp được đơn giản hố
Ở đây máy phát gần cĩ thể cung cấp dịng điện sự cố hoặc nĩ cĩ thể được sử dụng cho mục đích phối hợp tốt với rơle bảo vệ trong nhà máy.
Các hệ thống kích thích phức hợp đã rất phổ biến trong những năm gần đây “những năm 70 và trước đĩ, hệ thống kích thích đầu tiên sử dụng cho các hệ thống liên kết lại thành mạng ở đây dịng điện sự cố khơng thể được nhận bởi các nguồn khác”.
Thanh cái xoay chiều cấp cho hệ thống kích thích khơng giống một bộ kích thích tĩnh bởi vì nĩ chỉ sử dụng một PPT nối đến các đầu cực máy phát để cung cấp nguồn kích thích. Xem hình 4. Đầu ra của máy biến áp lực được nối đến 6 con thyristor cầu chỉnh lưu lực qua một mạch phát xung và bộ điều chỉnh điện áp.
Hình 4: Hệ thống kích thích đơn giản được cấp từ thanh cái xoay chiều
Thanh cái cấp cho hệ thống kích thích được thiết kế để cĩ thể cung cấp một mức cường hành kích thích mà nĩ lớn hơn các yêu cầu của từ trường định mức qua điều kiện tải ổn định tại cơng suất biểu kiến định mức và hệ số cơng suất định mức. Điển hình mức cường hành kích thích tối thiểu bằng 150% các yêu cầu đối với tải định mức, tham khảo IEEE 421.4. Qua sự cố, điện áp đưa đến cầu lực sẽ giảm bằng phần trăm của điện áp rơi tại các đầu cực máy phát. Do đĩ nếu điện áp đầu cực rơi xuống bằng 30% thì thanh cái cấp cho hệ thống kích thích vẫn cịn cĩ thể cung cấp 105% từ trường kích thích dựa vào 150% cường hành kích thích.
Ví dụ đối với máy phát Port Wentworth mới, dịng điện kích thích đầy tải là 409A với điện trở rotor khi nĩng là 0,485Ω. Điều này tạo ra điện áp kích thích là 185Vdc ứng với 320Vac điện áp định mức thứ cấp PPT. Cầu 6-SCR cĩ điện áp định mức 250Vdc với điện áp cường hành kích thích cực đại là 375Vdc hoặc 2,02 lần.
1 P.U ứng với điện áp đầy tải định mức. Từ trường cường hành cao sẽ tạo ra đáp ứng điện áp cực kỳ nhanh, như được ghi chú trong hình 8. Ngồi ra, khi điện áp đầu cực rơi xuống 70%, hệ thống kích thích vẫn sẽ cĩ thể cung cấp 140% cường hành kích thích.
Một điều quan trọng khác cần quan tâm về hệ thống kích thích đĩ là giá cả. Thanh cái xoay chiều cấp cho hệ thống kích thích xấp xỉ 1/2 giá của hệ thống kích thích tổ hợp và với biên độ cường hành kích thích đã bàn ở trên, ta đã biết sự nguy hiểm khi khơng đủ dịng điện sự cố do mục đích để làm cho giá thành hệ thống đến cực tiểu.
Mặc dù khơng được nối đến trong lý thuyết, hệ thống kích thích mới nên dùng hệ thống số, dựa vào thiết kế vi xử lý và giao tiếp với các chức năng đi kèm thuận tiện mà nĩ cho phép sử dụng tối đa khả năng của máy và khối bảo vệ kích thích. Các chức năng này nên chứa ở trong và thơng qua các bộ hạn chế kích thích, bộ hạn chế V/Hz và tự động điều chỉnh giữa bộ điều chỉnh điện áp và điều khiển bằng tay để chuyển đổi khơng cĩ dao động. Bảo vệ bao gồm: quá dịng điện kích thích và quá điện áp kích thích, mất kích thích và tự động chuyển sang điều khiển bằng tay khi xuất hiện sự kiện mất cảm biến điện áp đưa vào bộ điều chỉnh điện áp tự động.
Hệ thống kích thích tĩnh mới theo lý thuyết chỉ yêu cầu 1/4% điện áp điều chỉnh cùng với bộ điều chỉnh dịng điện kích thích để phục vụ cho việc thí nghiệm. Các chế độ điều khiển khác dựa trên sự cĩ lợi của nĩ đĩ là điều khiển Var và P.F. Điều khiển Var/PF hoạt động như bộ điều khiển hồi tiếp bổ sung mà nĩ cho phép bộ điều chỉnh điện áp đáp ứng nhanh sau sự cố, nĩ giống như điều khiển bổ sung, nĩ sẽ tác động chậm đối với phản hồi điểm đặt Var hoặc hệ số cơng suất cho đến sau khi hệ thống xác lập bình thường trở lại do mất cân bằng. Sử dụng điều khiển Var/PF cho phép người vận hành duy trì cơng suất phản kháng hằng số mà khơng cần giám sát liên tục. Xem hình 5.
Hình 5 thể hiện rõ các chế độ điều khiển thơng qua tiếp điểm đầu vào hoặc cổng thơng tin nối tiếp RS 485 đưa tới hệ thống điều khiển DCS để vận hành hệ thống kích thích/máy phát. Đối với quá trình khởi động và dừng máy, hệ thống kích thích bao gồm một một máy cắt kích thích AC để ngắt nguồn đầu vào đưa tới 6 SCR cầu chỉnh lưu. Một khởi động từ kích thích ban đầu nối tiếp với một điện trở được sử dụng để khởi động và tạo tự động điện áp máy phát qua quá trình khởi động. Một lệnh cắt tự động để mở khởi động từ kích thích ban đầu khi điện áp máy phát đạt tới mức điện áp đặt trước. Một điện trở dập từ được đấu nối với hai con SCR nối song song ngược được sử dụng để dập năng lượng từ trường khi khởi động từ kích thích mở lúc dừng máy.
Hình 5: Sơ đồ khối của hệ thống kích thích tĩnh
Hệ thống kích thích mới bao gồm việc điều chỉnh điện tự động để loại bỏ sự cần thiết cĩ người vận hành điều khiển điều chỉnh điện áp máy phát tăng/giảm đến bằng điện áp thanh cái. Sử dụng chức năng điều chỉnh điện áp trong quá trình đồng bộ máy phát tới bằng điện áp thanh cái và đảm bảo điện áp máy phát cao hơn điện áp thanh cái để đảm bảo cơng suất phản kháng được phát ra tại thời điểm đồng bộ.
Với các yêu cầu trong tương lai một đặc điểm quan trọng được chú ý là hình ảnh chụp dao động và thứ tự các sự kiện lưu giữ trong hệ thống kích thích mới. Với thiết bị mới, các sự kiện như là ghi tự động hiện tượng mất cân bằng cĩ thể thực hiện với bất kỳ sự kiện khơng bình thường nào của hệ thống, bao gồm điện áp đầu cực, dịng điện dây, điện áp kích thích và dịng điện kích thích, cơng suất phản kháng, cơng suất tác dụng … lưu vào trong một file để tải vào một chương trình phần mềm hiển thị. Thứ tự các sự kiện cĩ thể được cung cấp liên tục với việc giám sát hệ thống kích thích đối với bất kỳ thay đổi nào cùng với nhãn ngày và thời gian để giúp chuẩn đốn các vấn đề trong hệ thống.
6.2 THÍ NGHIỆM
Dựa vào chứng chỉ của tất cả các mạch điều khiển AC và điều chỉnh để đưa ra các cơng việc kiểm tra và hiệu chỉnh cho hệ thống kích thích lúc ban đầu. Phần mềm giao diện vận hành được cung cấp bởi nhà sản xuất được sử dụng để hiệu chỉnh hệ thống kích thích mới. Phần mềm vận hành bao gồm: thực hiện cài đặt giới hạn max và min cho ngưỡng trên và dưới khi tăng và giảm điện áp, các mức dịng điện đối với các giới hạn quá và kém dịng điện, cũng như giá trị hạn chế V/Hz. Cài đặt giá trị lý thuyết để đọc điện áp máy phát và dịng điện máy
phát được thực hiện qua việc định nghĩa các tỉ số PT và CT máy phát và nhập chúng vào phần mềm giao diện vận hành của nhà máy sản xuất.
Việc thí nghiệm để kiểm tra đáp ứng điện áp của hệ thống kích thích mới được thực hiện bằng việc sử dụng một chương trình phần mềm kiểm tra phân tích và khả năng ghi hình các sĩng dao động được cung cấp trong hệ thống kích thích. Như trong hình 7, dữ liệu ghi thơng tin về đặc tính hệ thống kích thích như là điện áp kích thích và điện áp máy phát lúc khởi động. Hình 7 diễn tả đặc tính khởi tạo điện áp máy phát được lập trình trong vịng 30s thời gian khởi tạo điện áp máy phát. Khơng cĩ xuất hiện độ vọt lố điện áp bằng việc sử dụng đặc tính khởi động mềm.
Hình 7: Đặc tính khởi tạo điện áp bằng khởi động mềm
Đặc tính của máy phát và hệ thống kích thích là một phần các hệ số mà nĩ được nhập vào bộ điều khiển số và khả năng cĩ thể cường hành kích thích được cung cấp bởi cầu chỉnh lưu lực và PPT. Để đo lường qua trình làm việc của hệ thống kích thích, các thay đổi điện áp bước được thực hiện để ghi lại đáp ứng điện áp máy phát.
Bao gồm cả các thí nghiệm khác được thực hiện như kiểm tra hạn chế quá kích thích và kém kích thích. Hạn chế quá kích thích được đặt để cho phép cường hành kích thích cực đại nhằm cải thiện ổn định thống qua cùng lúc đĩ vẫn cung cấp cho bảo vệ rotor máy phát để tránh quá nhiệt do vượt quá ngưỡng quá tải kích thích. Hạn chế kém kích thích được đặt dựa trên khả năng đáp ứng của máy phát. Hạn chế kém kích thích được đặt để tránh một vài lượng cơng suất phản kháng được nhận vào máy phát trong khi phát một số cơng suất tác dụng ra hệ thống. Một lượng ít cơng suất phản kháng được nhận để phát cơng suất tác dụng ra ngồi lưới cĩ thể gây ra máy phát bị trượt cực. Hạn chế V/Hz được hiệu chỉnh để phù hợp với rơle V/Hz, thiết bị 24.
Một yêu cầu kiểm tra riêng đối với máy đĩ là thực hiện mơ phỏng việc chuyển đổi từ bộ điều chỉnh điện áp tự động sang điều khiển bằng tay (điều chỉnh dịng điện kích thích) khi cĩ sự kiện mất cảm biến điện áp đưa đến bộ điều chỉnh điện áp tự động. Ở đây, tất cả 3 cảm biến điện áp được cắt bằng việc tháo khối cầu chì đưa đến bộ điều chỉnh điện áp. Thời gian trễ để chuyển đến điều chỉnh bằng tay được đặt là 0,2s, qua thời gian chuyển tiếp điện áp tăng đến 125% và vào thời điểm đĩ chuyển đến điều khiển bằng tay, sau đĩ đặt lại trạng thái trước sự cố là 13,8kV. Kiểm tra được thực hiện khi đã được biết trước.
Uđm