VÀ BẢO VỆ QUÁ ÁP CHO MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ
Mã bài:19-02 Giới thiệu:
Mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ là một mạch DC độc lập, nó không cần phải nối đất. Khi sự cố chạm đất xảy ra cuộn dây kích từ bị nối tắt, dòng điện chạy qua chỗ cách điện bị đánh thủng có thể rất lớn làm hỏng cuộn dây và phần thân của rotor bị sự cố.
Vì vậy bài học này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng về bảo vệ sự cố chạm đất Rotor, chống mất kích từ và bảo vệ quá áp cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Trình bày được các biện pháp bảo vệ khác nhau dùng để bảo vệ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ chống lại các sự cố chạm đất. chống mất kích từ và chống lại sự cố quá điện áp dùng để bảo vệ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
1.Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng bộ
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ. 1.1.Mục đích thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này, giúp người học làm quen với hệ thống bảo vệ cuộn quấn kích từ của máy phát điện đồng bộ chống lại các sự cố chạm đất.
1.2. Tóm tắt lý thuyết
Mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ là một mạch DC độc lập, nó không cần phải nối đất. Khi sự cố chạm đất xảy ra ở cuộn dây kích từ ( hình 2-1a) không có dòng điện sự cố, máy phát vẫn có thể tiếp tục làm việc. Tuy nhiên khi xảy ra chạm đất tại điểm thứ hai ( hình 2-1b), một phần của cuộn dây kích từ bị nối tắt, dòng điện chạy qua chỗ cách điện bị đánh thủng c ó thể rất lớn làm hỏng
cuộn dây và phần thân của rotor bị sự cố. Ngoài ra có thể dẫn đến một số hậu quả xấu khác như:
- Dòng điện mạch kích từ tăng cao.
- Từ trường của rotor bị méo làm cho sóng điện áp do máy phát tạo nên không còn dạng hình sin và làm máy bị rung.
- Từ thông không đối xứng làm cho trục máy bị từ hóa.
- Dòng điện chạy trong thân rotor có thể khép mạch qua ổ trục và gối đỡ, có thể làm hỏng các bộ phận này và
Hình 2-1. Chạm đất tại 1 điểm, 2 điểm
- Trong một số trường hợp có thể ảnh hưởng đến cả tuabin. (Hình 2-1). Sự cố chạm đất trên cuộn dây kích từ của máy phát điện
Có ba phương pháp được sử dụng để phát hiện ra sự cố chạm đất trên cuộn dây rotor như sau:
- Phương pháp cầu chia điện thế. - Phương pháp dùng nguồn phụ AC. - Phương pháp dùng nguồn phụ DC.
Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng. Trong bài thí nghiệm này chúng ta sử dụng phương pháp cầu chia điện thế.
(Hình 2-2).Miêu tả sơ đồ đơn giản của một hệ thống sử dụng phương pháp cầu phân thế để bảo vệ cuộn dây rotor của máy phát điện chống lại sự cố chạm đất. Hệ thống bảo vệ gồm một cầu phân áp bằng điện trở ( R1 và R2 ) được nối song song với cuộn dây kích từ và rơ le cảm ứng điện áp ( loại rơ le quá áp) được nối
giữa cầu phân áp và đất. Các điện trở R1 và R2 có giá trị bằng nhau. Khi xảy ra sự cố chạm đất, điện áp một chiều đi qua rơ le bảo vệ, rơ le tác động.
Hình 2-2. Sơ đồ hệ thống bảo vệ chống chạm đất
Giá trị điện áp đặt trên rơ le phụ thuộc vào vị trí của điểm chạm đất trên cuộn dây kích từ. Điện áp này đạt cực đại khi sự cố xảy ra tại các đầu cuộn dây và bằng 0 khi sự cố xảy ra ở giữa cuộn dây. Do đó một vùng ở giữa cuộn dây khi có sự cố sẽ có điện áp không đủ lớn để rơ le bảo vệ tác động. Vì vậy vùng này không được bảo vệ. Để đảm bảo sự cố được loại bỏ trên toàn cuộn dây, người ta sử dụng phương pháp chủ yếu là thay thế vùng không được bảo vệ bằng cách thay đổi các điện trở R1 và R2. Điều này làm di chuyển vùng không tác động của bảo vệ tới các đầu của cuộn dây quấn. Sự thay thế vùng không được bảo vệ này có thể thực hiện bằng tay trong khoảng thời gian đều đặn bởi các nhân viên giám sát, hoặc một cách tự động bằng các phương tiện điện tử.
٭ Tóm tắt thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như (hình 2-3 và 2-4). Trong mạch này máy phát đồng bộ cung cấp công suất cho một tải trở ba pha cân bằng. Máy phát điện được trang bị hệ thống bảo vệ chống chạm đất rotor gồm có hai điện trở ( R5 và R6 ) và một rơ le cảm ứng điện áp. Khi sự cố xảy ra trên cuộn dây kích từ, điện áp đặt trên rơ le xuất hiện. Rơ le bảo vệ tác động khi điện áp này đủ lớn. Nó tạo ra dòng điện chạy trong rơ le điều khiển CR1, công tắc CR1-C đóng, ghi nhận sự cố. Nút RESET sáng lên để tạo báo động.
Ta sẽ tạo một sự cố chạm đất tại đầu âm của cuộn dây kích từ và quan sát vận hành của hệ thống bảo vệ rotor chống chạm đất.
1.3. Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module, Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable Transformers, Current Transformers, Resistor Loads, Power Diodes, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmetter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying Control Station, dây đai, dây cáp.
1.4. Trình tự thí nghiệm
1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha và DC Power Supply của Protective Relaying Control Station đang tắt.
Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off) sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station.
2. Đặt trên Universal Fault Module như sau:
TD1 thời gian trì hoãn……….~1 s SST1 thời gian tạm nghỉ………..~3 s SST2 thời gian tạm nghỉ………~10 s
3. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module, Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable Transformers, Current Transformers, Resistor Loads, Power Diodes, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmetter/ Ammeter lên trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và Primer Mover/ Dynatometer.
Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0.
4. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometer tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Trên Power Supply bật nguồn 24V AC.
Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện đồng bộ
5. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp.
Hình 2.4. Sơ đồ kết nối của thiết bị trên Protective Relaying Control Station 6. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………..……….1 (close) Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí MAX Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE……….…….……… PRIME MOVER Công tắc DISPLAY……….………SPEED Trên AC/DC Current Sensitive Relay
Công tắc INPUT………..…...AC Công tắc MODE………OVER CURRENT Trên Universal Fault Module
Nút INITIATE FAULT……….vị trí nhả Công tắc FAULT DURATION……….0,05 – 5s 7. Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện và sai số của AC/DC Current Sensitive Relay lần lượt là 30V và 5%.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
8. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để Primer Mover quay ở tốc độ xấp xỉ với tốc độ định mức của máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
Điện áp dây của máy phát điện đồng bộ phải thấp hơn giá trị định mức. Dòng điện pha phải thấp hơn dòng điện đầy tải định mức của máy phát điện.
9. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố chạm đất tại đầu âm của cuộn kích từ ( cực số 8 trên Synchronous Motor/ Generator). Cùng lúc đó, quan sát giá trị điện áp DC cấp cho ngõ vào INPUT của AC/DC Current Sensitive Relay ( được chỉ thị bởi Volt kế E4) và tín hiệu tác động ( LED đỏ) trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
--- --- --- 10. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả. Trên Universal Fault Module, nhấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố chạm đất tại đầu âm của cuộn dây kích từ. Cùng lúc đó quan sát giá trị của dòng điện kích từ ( được chỉ thị bởi I4), điện áp dây và dòng điện pha của máy phát.
Sự cố chạm đất trên cuộn dây quấn kích từ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình vận hành của máy phát đồng bộ?
--- --- --- 11. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả. Trên Control Relay 1 Protective Relaying Control Station, nhấn nút RESET của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ sự cố chạm đất rotor.
12. Chỉnh giá trị trở kháng của điện trở R6 là 629Ω. Điều này làm cho vùng không được bảo vệ di chuyển tới đầu âm của cuộn kích từ.
13. Trên Universal Fault Module, nhấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố chạm đất tại đầu âm của cuộn dây kích từ. Cùng lúc đó quan sát giá trị của điện áp DC cấp cho ngõ vào INPUT của AC/DC Current Sensitive Relay và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Tắt nguồn Power Supply. Miêu tả hiện tượng xảy ra:
--- --- ---
--- --- ---