(Hình vẽ 3.2 sơ đồ phần điện của bộ điều tốc)
3.6.2.Máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin.
Máy điều chỉnh tốc độ quay tuabin có nhiệm vụ tự động thay đổi mô
men quay của tuabin bằng cách điều tiết lượng nước vào tuabin. Để điều
tiết năng lượng nước vào tuabin người ta dùng hệ thống cánh hướng nước.
Trong hệ thống điều tốc của nhà máy, các máy điều tốc sơ cấp của
tuabin ngoài nhiệm vụ điều chỉnh tần số (tốc độ quay) của tuabin mà còn
tham gia vào quá trình phân bổ công suất tác dụng giữa các tổ máy trong hệ thống điện .
Máy điều chỉnh tốc độ trong nhà máy được chế tạo theo nguyên lý
điều chỉnh gián tiếp thông qua khâu khuếch đại thủy lực có cấu tạo đa dạng và phức tạp, nhưng gồm những phần tử chính sau :
Hình vẽ 3.4 Cấu trúc và sơ đồ chức năng máy điều tốc tuabin Trong đó :
1- Phần tử đo lường : Bộ phận để phát hiện độ lệch tần số quay của tổ
máy khỏi giá trị đặt, độ lệch tần số của điện áp máy phát điện, gia tốc tuabin hay thông số điều chỉnh khác.
2- Phần tử khuếch đại : Thường là bộ khuếch đại từ hay khuếch đại
thủy lực.
3- Cơ cấu thừa hành thủy lực (goi là xecvomoto) : Làm nhiệm vụ tác
động trực tiếp vào bộ phận điều tiết để thay đổi năng lượng vào tuabin.
4- Phần tử điều chỉnh : Thực hiện chức năng phản hồi cứng hoặc mềm
theo vị trí của cơ cấu thừa hành thủy lực 3
5- Phần tử đặt (chỉnh định) : Cơ cấu đặt và hiệu chỉnh tốc độ quay
Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác như cơ cấu hạn chế độ mở của cánh hướng nước, cơ cấu giới hạn cột nước …
Các máy điều tốc tuabin hiện đại được phân thành các loại: kiểu cơ
thuỷ lực và điện thuỷ lực.
Máy điều tốc kiểu cơ thuỷ lực có phần tử đo lường để phát hiện độ
lệch số vòng quay là hệ thống quả văng ly tâm có sơ đồ đơn giản sau:
Hình3.5 Sơ đồ nguyên lý máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin kiểu
hướng tâm
Trong đó : 1- Là phần tử đo lường 3-Cơ cấu thừa hành thủy lực
5- Phần tử đặt ( Cơ cấu đặt)
Nguyên lý làm việc của bộđiều tốc : Giả sử hệ thống đang làm việc ổn định ở một giá trị tốc độ ωo hệ thống cân bằng khi đó pittông của hộp dầu khuếch đại 2 ở vị trí giữa đóng hoàn toàn hai cửa trên và dưới của pittông 3
(xecvomoto) điểm C phải ở vị trí Co. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vì lý do nào đó làm tốc độ tuabin thay đổi, chẳng hạn làm ω giảm,
các quả văng ly tâm 1 cụp lại đẩy vòng trượt từ vị trí A0 xuống vị trí A’, điểm B tạm thời không thể di chuyển vì cả cửa trên và cửa dưới của pittông 3 bị đóng kín bằng pittông của hộp dầu khuếch đại 2 nên lực tại điểm B lớn hơn rất nhiều lực tại điểm C.
Do đó điểm C phải bị dịch chuyển đến C’ làm cho pittông của hộp
dầu khuếch đại 2 di chuyển xuống dưới làm cho các cửa dầu áp lực được
mở ra cụ thể cửa dưới thông với đường dầu áp lực và cửa trên thông với
đường dầu xả (dầu hồi lưu).
Pittông 3 được đẩy lên, tác động vào cơ cấu điều tiết năng
lượng(Cánh hướng nước) để tăng lượng nước vào tuabin. Tác động điều
chỉnh này làm tăng số vòng quay của tuabin và đưa các điểm A và C từ vị trí A’, C’ dịch chuyển lên phía trên. Việc dịch chuyển lên trên bao nhiêu còn tùy thuộc vào vị trí của pittông 3 tác động vào điểm B thông qua cơ cấu phản hồi 4.
Quá trình điều chỉnh sẽ sảy ra cho đến khi điểm C chưa trở về vị trí
ban đầu Co, nghĩa là cho tới khi các cửa dầu của hộp dầu khuếch đại đóng
lại hoàn toàn.
Để chỉnh định tốc độ quay ta dùng cơ cấu đặt (CCĐ), tác động vào CCĐ bằng tay hay thông qua động cơ điện, có thể dịch chuyển điểm M lên
trên điểm N xuống vị trí N0 động thái này làm cho pittông 2 bị đẩy xuống
dưới, mở thêm cánh hướng tăng lượng nước vào tuabin, điều này sẽ làm
làm việc song song thì sẽ làm tăng công suất phát của tổ máy trong hệ thống.
Tuy nhiên nhược điểm của hệ thống này là ở trạng thái ổn định mới
tốc độ (tần số ) của tuabin không trở lại vị trí ban đầu mà giữ ở một giá trị có thể lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị ban đầu. Gọi là hệ thống điều tốc với phản hồi cứng.
Điều này được khắc phục thay bằng cơ cấu phản hồi mềm (Hình
3.3b) ở dạng một bộ cản dịu thủy lực. Bộ cản dịu là một hộp dầu gồm
xilanh và pittông, dầu hai phía của pittông thông với nhau bằng một ống
nhỏ có van điều chỉnh, hộp dầu gắn với điểm B qua lò so và hệ thống đòn,
như vậy khoảng cách giữa điểm B và pittông 3 có thể thay đổi được (liên
hệ mềm)
Trong quá trình thay đổi phụ tải của tuabin thoạt đầu bộ cản dịu làm việc như một khâu phản hồi cứng vì pittông trong xi lanh bộ cản dịu không
thể chuyển động nhanh được, điều này ngăn được hiện tượng quá điều
chỉnh. Sau đó dưới tác động của lò so làm pittông của bộ cản dịu dịch chuyển dần, đẩy dầu từ mặt này của pittông sang mặt kia. Quá trình này chỉ kết thúc khi cả điểm C và điểm B trở về vị trí ban đầu, do đó điểm A cũng
trở lại vị trí ban đầu tương ứng với giá trị tốc độ quay ωo ban đầu của
tuabin. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Máy điều tốc tuabin của nhà máy thủy điện Hòa Bình là loại máy
kiểu điện – thủy lực : Nguyên lý làm việc của máy điều tốc kiểu điện thủy lực tương đối giống với máy điều tốc kiểu cơ thủy lực chỉ khác là sử dụng sơ đồ điện để thực hiện các khâu đo lường, tiền khuếch đại, hiệu chỉnh và đặt thông số… Cho phép đơn giản phần thuỷ lực của hệ thống và dễ dàng đưa thêm các tín hiệu như phân bố công suất tác dụng tín hiệu hiệu chỉnh tần số…vào hệ thống điều tốc.
Tần số của điện áp xoay chiều đầu cực máy phát được đưa vào bộ phận đo
bộ tiền khuếch đại tín hiệu điện được cấp cho cuộn dây quấn xung quanh
một lõi bằng nam châm. Dưới tác dụng của lực điện trường cuộn dây sẽ
dịch chuyển lên xuống tùy thuộc vào độ lệch Δ >f 0 hay Δ <f 0. Giả sử
0
f
Δ < cuộn dây sẽ chuyển động xuống dưới làm cho điểm Ao dịch chuyển
xuống dưới và tạm thời điểm Bo không dịch chuyển. Do đó pittông của hộp
dầu khuếch đại dịch xuống dưới làm cửa dưới của xilanh 3 thông với
đường dầu áp lực còn cửa trên thông với đường dầu hồi lưu, pittông 3 chuyển động lên trên tác động vào cánh hướng nước làm tăng lượng nước vào bánh xe công tác tuabin, tần số dần được nâng lên. Khi tần số vượt quá
giá trị đặt sự điều chỉnh được thực hiện ngược lại. Tùy thuộc vào cơ cấu
phản hồi ta cũng có kiểu phản hồi cứng và phản hồi mềm. Nếu là phản hồi cứng thì cơ cấu phản hồi thường là một khâu khuếch đại khi đó ở trạng thái ổn định tần số thực tế sẽ lớn hơn giá trị đặt một lượng đúng bằng lượng phản hồi về. Nếu là khâu phản hồi mềm thì cơ cấu phản hồi thường là khâu vi phân thực có thời gian điều chỉnh đủ dài do đó ban đầu nó cũng làm
việc giống khâu phản hồi cứng để giảm độ quá điều chỉnh tần số. Sau thời
gian cơ cấu phản hồi mất tác dụng (đầu ra phản hồi bằng 0) khi đó trạng thái xác lập chỉ diễn ra khi tần số đo bằng tần số đặt.
Hình3.6Sơ đồ nguyên lý đơn giản hoá của máy điều tốc tuabin kiểu điện
thủy lực.
Vì khâu điều tiết năng lượng vào tuabin đòi hỏi công suất lớn (như
điều khiển đóng mở cánh hướng nước) nên máy điều chỉnh thường có nhiều hơn một tầng khuếch đại.