(Hình vẽ 3.2 sơ đồ phần điện của bộ điều tốc)
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1. Sơđồ chức năng và sơđồ khối của bộđiều tốc nhà máy thủy
điện Hòa Bình:
Sơđồ chức năng của bộđiều tốc
Hình vẽ trên mô tả sơ đồ chức năng của hệ thống tự động điều chỉnh tần số và công suất hữu công của tổ máy khi phát điện vào hệ thống nhờ bộ điều chỉnh tốc độ )/P 2 I. Máy phát điều chỉnh được lắp đặt trên cùng một trục với máy phát chính. Nó được dùng như một tín hiệu đo tần số quay, truyền vào đầu vào của phần tử cảm biến tần số.Tín hiệu sai lệch tần số quay do phần tử cảm biến phát ra được cộng với giá trị tần số đặt trước của MUY, rồi đưa vào đầu vào của mạch tích phân tần số.
Tín hiệu tần số MUY, công suất MUM được cộng lại và truyền vào
đầu vào bộ khuếch đại 2 tầng.Sau đầu ra bộ khuếch đại tín hiệu đi vào cuộn dây điều tốc làm chuyển dịch màng rung, thông qua bộ khuếch đại thuỷ lực làm chuyển dịch kim ngăn kéo kích thích, pittông ngăn kéo chính và do đó làm thay đổi phụ tải tổ máy. Tín hiệu từ bộ điều chỉnh nhóm công suất hữu
công và điều chỉnh riêng lẻ được truyền tới đầu vào MUM. Bộ điều tốc
được điều khiển bằng các khoá SLC nằm trên bảng điện điều tốc (1GCC), ở tủ điều tốc và phòng điều khiển trung tâm (SCC) .
Khi máy chạy không tải và cắt máy cắt các khoá (SLC) tự động
chuyển đổi từ MUM sang cơ cấu thay đổi tần số MUY, cơ cấu này cho
Hình vẽ sơđồ khối:
Các thông số điều chỉnh X,Z ứng với tần số f và công suất P được hình thành nhờ các bộ biến đổi tần số đo lường H6 và công suất IPM. Tín hiệu mạch phản hồi bên trong Y theo vị trí trục xecvômôtơ chính và Y2 theo vị trí cần chuyển động của bộ biến đổi điện thuỷ lực (được tạo thành nhờ các bộ biến đổi cảm ứng).Một trong các đặc điểm của bảng điện điều tốc là ở đó không có các thiết bị truyền đông điện cơ để tạo tín hiệu chỉ huy X0 và Z0, ở đây những cơ cấu này được thay bằng các bộ phận ( Bộ tích
phân H5 và H5’ ) có thể duy trì trong thời gian dài tín hiệu tích phân không
đổi. Các thiết bị phát này được điều khiển nhờ các khoá SLC1 các khóa này lắp ở mặt trước của bảng điện, ở mặt trước tủ điều tốc và trên bàn điều khiển trung tâm (SCC). Khi điều tốc ở vị trí cân bằng tín hiệu đầu ra của bảng điện (Sau bộ khuếch đại H9) bằng không (j=0). Nếu một trong các tín hiệu đầu vào bất kỳ của bảng điện (X,Z,X0,Z0) thay đổi sẽ làm cho dòng điện (j) bị thay đổi tương ứng. Dòng điện đó khi vào cuộn dây điều tốc sẽ làm cho trục điều tốc bị dịch chuyển tương ứng. Do điều tốc nối với ngăn kéo của xecvômôtơ chính (CM) nên xecvômôtơ chính cũng dịch chuyển trục của mình, làm cho độ mở của máy hướng nước của tuabin bị thay đổi tương ứng. Khi đó các tín hiệu phản hồi ngược Y và Y2 khi vào bảng điện sẽ làm cho dòng điện j trở về 0 còn trục của điều tốc và kim ngăn kéo kích thích nối với nó sẽ trở về vị trí ban đầu (giữa).
Hinh 4.3 Sơ đồ rút gọn Trong đó :
Ty : Hằng số thời gian tích phân (0.02s)
Bp : Hệ số rơi tốc cố định (0-10% tương ứng 1-10) Bt : Hệ số rơi tốc tạm thời (1-100% tương ứng 0-100) Td : Hằng số thời gian gia tốc (0-20)
Tnkc : Hằng số thời gian của ngăn kéo chính (0.02s) Ts : Hằng số thời gian của xecvomoto (0.02s)
K : Hệ số khuếch đại tuabin (10) Tt : Hằng số thời gian tuabin (15s) Tp : Hằng số thời gian công suất (0-50s) Tn : Hằng số thời gian (0-1.5s)
T : Là kí hiệu của tuabin G : là kí hiệu của máy phát PMG : Là máy phát điều chỉnh
IBM : Thiết bị biến đổi công suất thành dòng điện TU, TI : Là biến dòng và biến áp
4.3 Nguyên tắc cơ bản của quá trình điều tốc.
Các khái niệm cơ bản của quá trình điều tốc được minh họa rõ nét
trong trường hợp tổ máy phát cấp riêng cho một phụ tải cục bộ như hình vẽ sau :
Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
PL : Công suất phụ tải Pm : Công suất cơ Pe : Công suất điện
Hình 4.4 Máy phát cấp cho phụ tải cô lập
Khi phụ tải thay đổi làm cho công suất điện Pe thay đổi, làm mất cân bằng giữa công suất điện Pe và công suất cơ, đây là nguyên nhân làm cho tốc độ thay đổi tăng hay giảm tùy vào Pe nhỏ hơn hay lớn hơn Pm. Nhiệm
vụ bộ điều tốc lúc này là dựa vào sai lệch tốc độ thực tế và tốc độ đặt để điều chỉnh cánh hướng nước thay đổi lượng nước vào tuabin và do đó làm thay đổi tốc độ cho tới khi tốc độ tuabin bằng với tốc độ đặt thì bộ điều tốc mới thôi tác động.
* Bộđiều tốc đẳng thời.
Bộ điều tốc đẳng thời điều chỉnh cánh hướng tuabin đưa tần số về giá
trị danh định. Tốc độ roto đo được ωr được so sánh với giá trị đặt ωo. Tín
hiệu sai lệch được khuếch đại và tích phân sinh ra tín hiệu điều khiển Dy
tác động lên cánh hướng tuabin, sau đây là hệ thống với các thông số được xác định trước.
Hình 4.5 Bộ điều tốc đẳng thời
Ta thấy khi ta tăng phụ tải công suất điện tăng làm cho tần số suy
giảm tại một tốc xác định bởi quán tính roto. Khi tốc độ sụt giảm công suất cơ của tuabin bắt đầu tăng, điều này làm giảm bớt sự giảm tốc độ và sau đó tốc độ có xu hướng tăng khi công suất tuabin vượt quá công suất phụ tải.
Cuối cùng tốc độ sẽ quay trở về giá trị đặt của nó và công suất tuabin ở
trạng thái ổn định tăng lên một lượng cân bằng với phụ tải bổ xung thêm
(xem hình vẽ 4.6).
Một bộ điều tốc đẳng thời làm việc thỏa mãn khi máy phát cung cấp cho tải độc lập hay chỉ khi một máy phát trong tổ máy phản ứng với sự thay
đổi phụ tải. Đối với chế độc chia sẻ phụ tải công suất giữa các máy phát nối
với hệ thống thì quá trình điều chỉnh tốc độ và đặc tính suy giảm tốc độ
phải được đề cập tới.
Hình 4.6 Đáp ứng của tổ máy phát điện với bộ điều tốc đẳng thời.
Ta thấy sau 15s ta tăng phụ tải tốc độ bị sụt xuống khoảng 0.3Hz sau
đó trở lại trạng thái xác lập sau 3s
* Bộđiều tốc với đặc tính rơi tốc.
Khi có nhiều hơn một tổ máy làm việc song song và các tổ máy phải
đảm bảo tốc độ giống nhau một cách chính xác. Mặt khác chúng phải cạnh tranh với nhau, mỗi bộ điều tốc sẽ cố gắng điều chỉnh công suất của nó tới một giá trị chính nó thiết lập. Để phân chia phụ tải ổn định giữa hai hay nhiều máy phát vận hành song song, các bộ điều tốc được cung cấp một đặc tính suy giảm tốc độ khi phụ tải được tăng lên.
Sự rơi tốc được tạo nên nhờ thêm vòng phản hồi ở trạng thái xác lập như sơ đồ sau : Trong đó hệ số K sẽ quyết định lượng rơi tốc nhiều hay ít, K càng lớn thì lượng rơi tốc càng lớn và ngược lại K càng nhỏ thì lượng tơi tốc càng nhỏ.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.7 Bộ điều tốc với phản hồi trạng thái ổn định
Hình 4.8 Đáp ứng của bộ điều tốc đẳng thời với đặc tính rơi tốc
Khi chưa có phụ tải tốc độ xác lập ở một giá trị nhỏ hơn giá trị đặt do
khâu phản hồi K luôn luôn tác động (nên nó được gọi là hệ số rơi tốc cố định). Khi cho phụ tải tác động tốc độ bị giảm tiếp và giữ nguyên vị trí mới, sở dĩ là như vậy là do khi độ lệch tốc độ tăng (tức tốc độ tua bin giảm so với tốc độ đặt) dẫn đến lượng phản hồi về cũng tăng nên tín hiệu điều khiển tác động để mở thêm cánh hướng nước không được bổ xung.
Ngoài ra hệ thống còn cung cấp thêm đặc tính rơi tốc tạm thời(chỉ có
tác dụng trong thời gian ngắn) với thời gian quá độ với thời gian điều chỉnh đủ dài. Ta chỉ việc thêm một khâu vi phân thực nối song song với khâu Gain. Như hình vẽ sau :
Hình 4.9 Bộ điều tốc với phản hồi trạng thái quá độ và ổn định
Hình 4.10 Đáp ứng của bộ điều tốc với phản hồi trạng thái quá độ và ổn định
Tương tự trường hợp trên nhưng do có thêm khâu phản hồi ở trạng
thái quá độ nên ban đầu khi phụ tải tăng tốc độ giảm mạnh. Sau đó tốc độ tăng lên một chút do khâu vi phân thực không tác động nữa và nó vẫn giữ nguyên ở vị trí mới nhỏ hơn giá trị xác lập ban đầu.
Tác dụng của khâu phản hồi tốc độ (hay bù suy giảm hệ số khuếch
đại) để làm trễ hoặc giới hạn sự di chuyển của cánh hướng cho tới khi lưu lượng nước và công suất có thời gian bắt kịp.
4.4 Điều khiển công suất phát của tổ máy
Ta đã biết rằng khi phụ tải thay đổi do có đặc tính rơi tốc nên tốc độ roto (hay tần số ) sẽ bị giảm và xác lập ở một vị trí mới nhỏ hơn giá trị ban đầu. Khi tốc độ đã xác lập thì lượng công suất phát phải tăng lên cân bằng với công suất phụ tải để khắc phục sự suy giảm tốc độ.
Trong trường hợp này để tốc độ roto hay tần số trở lại giá trị ban đầu
ta phải điều khiển công suất phát của tổ máy bằng cách thay đổi đầu vào
“Giá trị đặt phụ tải”. Xem hình vẽ 4.11
Hình vẽ 4.12 Đáp ứng bộ điều tốc khi có giá trị đặt phụ tải
Khi có giá trị đặt phụ tải tại T=15s tần số được tăng lên bằng với giá trị ban đầu, như vậy giá trị đặt phụ tải đã khắc phục được hiện tượng tăng phụ tải do đó khắc phục được sự suy giảm tần số.
Nếu tổ máy được cấp cho một phụ tải độc lập, thì sự điều chỉnh của bộ điều tốc sẽ làm thay đổi tốc độ của tổ máy. Tuy nhiên, khi tổ máy được hòa đồng bộ với hệ thống điện, sự điều chỉnh của bộ điều tốc sẽ làm thay đổi công suất phát của tổ máy, điều chỉnh này chỉ ảnh hưởng nhỏ lên tần số hệ thống, tùy thuộc vào quy mô của tổ máy đến sự phát điện toàn hệ thống.
4.5 Sơđồ điều tốc đầy đủ
Tuabin thủy lực là một thiết bị có khối lượng rất lớn đặc biệt là trong
một nhà máy thủy điện cỡ lớn như nhà máy thủy điện Hòa Bình. Nên việc làm quay tuabin cung cần một lực tác động (cả động năng và thế năng ) rất lớn của nước vào bánh xe công tác của tuabin. Do đó cũng cần một lực rất lớn để đóng mở cánh hướng nước cho nước vào bánh xe công tác một cách dễ dàng.
Để có thể tạo ra được lực lớn ta dùng hệ thống dầu áp lực và các xi lanh thủy lực (còn gọi là các Xecsvomoto), ta chỉ cần một tín hiệu nhỏ để
đóng hoặc mở các khoang nối dầu áp lực và đường dầu hồi lưu (dầu xả) ta cũng có thể tạo ra một lực rất lớn nhờ cơ cấu chấp hành xecvomoto tác động vào cánh hướng nước.
Ở đây ta dùng hai tầng khuếch đại : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình4.13 Tầng thứ nhất
Hình 4.14 Tầng thứ hai
Với hai tầng khuếch đại và tín hiệu phản hồi về ta có thể biết được vị trí của ngăn kéo chính cũng như vị trí của xecvomoto trong quá trình điều khiển. Điều này là quan trọng trong trường hợp phát hiện ra hiện tượng kẹt cánh hướng (vì lý do có những vật cứng mắc vào cánh hướng nước).
Ngoài ra hai tầng khuếch đại này còn có tác dụng là khâu bù cho sự rơi tốc đã được xét ở trên.
Để nâng cao chất lượng và tính ổn định của hệ thống ta cần bổ xung thêm khâu phản hồi công suất đầu ra của máy phát,
Hình 4.15 Sơ đồ rút gọn bộ điều tốc: