- Kiểm tra kích từ ở chế độ vịng kín không tải
+ Kiểm tra kích từ ở chế độ kích từ ban đầu theo giá trị đặt + Kiểm tra tăng/giảm kích từ
- Mục đích:
+ Kiểm tra đáp ứng, dạng sóng kích từ khi có lệnh tăng/giảm kích từ tại chổ/từ xa.
+ Kiểm tra dãi điều chỉnh kích từ khi kích từ làm việc ở chế độ AUTO/MAN…
- Các bước tiến hành:
+ Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; Uk
+ Tăng/giảm kích từ bằng lệnh kích từ tại chổ/từ xa
Bảng 2.2. Kiểm tra đặc điểm của Bộ Tự động AVR
ΔUA= UG-Uđ UkA=K*ΔUA ΔUB= UG-Uđ UkB=K*ΔUB Kết luận
UG tăng
ΔUA tăng UkA tăng ΔUB tăng UkB tăng α ↑ KT ↓
UG giảm
ΔUA giảm UkA giảm ΔUB giảm UkB giảm α ↓ KT ↑
Uđ tăng
ΔUA giảm UkA giảm ΔUB giảm UkB giảm α ↓ KT ↑
Uđ giảm
ΔUA tăng UkA tăng ΔUB tăng UkB tăng α ↑ KT ↓
Với góc α : Góc điều khiển Thyristor KT: Điện áp Kích từ hoặc Dịng điện KT UG: Điện áp thực của Máy phát
Uđ: Điện áp đặt trước của Máy phát
Bảng 2.3. Kiểm tra đặc điểm của Bộ Tự động AVR làm ở chế độ ổn định dòng ΔIC= IL-Iđ UkC=K*ΔIC Kết luận
IL tăng ΔIC tăng UkC tăng α ↑ KT ↓
IL giảm ΔIC giảm UkC giảm α ↓ KT ↑
Iđ tăng ΔIC giảm UkC giảm α ↓ KT ↑
Iđ giảm ΔIC tăng UkC tăng α ↑ KT ↓
Trong đó:
KT: Điện áp kích từ hoặc Dịng điện kích từ; IL: Dòng điện thực của Rotor; Iđ: Dòng điện đặt trước của Rotor
- Kiểm tra đáp ứng nhiễu loạn
+ Kiểm tra đáp ứng nhiễu loan trong chế độ AUTO
Mục đích: Kiểm tra đáp ứng, dạng sóng kích từ khi có nhiễu loạn 2%, 5%, 10%, 15%Ug cho kênh điều khiển chính cũng như kênh dự phòng.
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; Uk
Kiểm tra đáp ứng nhiễu loan trong chế độ MAN: các bước tiến hành tương tự ở chế độ AUTO
Bảng 2.4. Kiểm tra đặc điểm của Bộ Tự động AVR làm ở chế độ ổn định dòng ΔIC= IL-Iđ UkC=K*ΔIC Kết luận
IL tăng ΔIC tăng UkC tăng α ↑ KT ↓
IL giảm ΔIC giảm UkC giảm α ↓ KT ↑
Iđ tăng ΔIC giảm UkC giảm α ↓ KT ↑
Iđ giảm ΔIC tăng UkC tăng α ↑ KT ↓
Với: KT: Điện áp kích từ hoặc Dịng điện kích từ; IL: Dòng điện thực của Rotor; Iđ: Dòng điện đặt trước của Rotor
- Kiểm tra dập từ
+ Mục đích: Kiểm tra đáp ứng, dạng sóng kích từ khi có lệnh dập từ hoặc khi máy cắt dập từ ngắt.
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; Uk
Dập từ bằng lệnh điều khiển Turn off
Dập từ bằng máy cắt dập từ khi xảy ra sự cố bảo vệ MF - Kiểm tra chức năng ổn định điện áp khi tần số thay đổi.
+ Mục đích: Kiểm tra ổn định điện áp đầu cực máy phát khi tần số máy phát thay đổi trong phạm vi cho phép (f50Hz ± 3Hz). Kiểm tra dạng sóng
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg.
Thay đổi tần số máy phát fg = 50Hz ± 3Hz. - Kiểm tra giới hạn V/Hz
+ Mục đích: - Kiểm tra đáp ứng kích từ khi có giới hạn V/ Hz. + Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg.
Thay đổi tần số máy phát fg hoặc thay đổi điện áp đầu cực máy phát Ug để giá trị V/f > V/f setting.
- Kiểm tra trường hợp nghịch lưu không thành công + Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg.
Dùng hợp bộ OMICRON mô phỏng điện áp đầu cực
Dừng kích từ bằng lệnh dừng tại chổ/từ xa sau thời gian (10s). Nếu điện áp đầu cực máy phát Ug>10%Ugn thì FCB sẽ tự động cắt.
- Kiểm tra kích từ ở chế độ vịng kín
+ Kiểm tra kích từ khi máy cắt đầu cực đóng + Kiểm tra kích từ làm việc ở chế độ QCR, Cos
+ Mục đích: Kiểm tra đáp ứng kích từ khi làm việc ở chế độ QCR, Cos
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg, P, Q.
Chuyển đổi chế độ làm việc từ AVR sang QCR (Cos) và ngược lại
Tăng / giảm điểm đặt - Kiểm tra kích từ khi có nhiễu loạn
+ Mục đích: Kiểm tra kích từ khi có nhiễu loạn 2%; 5%; 10% trong chế độ Auto
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg, P, Q.
Mô phỏng nhiễu loạn 2%; 5%; 10% - Kiểm tra đặc tính P/Q
+ Mục đích: Kiểm tra đặc tính với P = 25%Pn; 50%Pn; 75%Pn; 100%Pn + Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg, P, Q.
Mô phỏng Q < Qset
Kiểm tra đáp ứng kích từ khi có giới hạn P/Q
Kiểm tra chức năng khóa lệnh giảm Q bằng tay khi có giới hạn P/Q
+ Mục đích: Kiểm tra đáp ứng kích từ khi có giới hạn dịng rotor làm việc
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: dạng sóng Uf; If; Ug; fg, P, Q.
Mô phỏng If > Ifđặt
Kiểm tra đặc tính thời gian
Kiểm tra đáp ứng kích từ khi có giới hạn P/Q
Kiểm tra chức năng khóa lệnh tăng kích từ bằng tay khi có giới hạn rotor
- Kiểm tra giới hạn dòng Stator
+ Mục đích: Kiểm tra đáp ứng kích từ khi có giới hạn dòng rotor làm việc
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg, P, Q.
Mô phỏng If > Ifđặt
Kiểm tra đặc tính thời gian
Kiểm tra đáp ứng kích từ khi có giới hạn dịng Stator
Kiểm tra chức năng khóa lệnh tăng kích từ bằng tay khi có giới hạn Stator ở trường hợp máy phát (Q>0).
- Kiểm tra chức năng khóa lệnh giảm kích từ bằng tay khi có giới hạn Stator ở trường hợp máy phát (Q<0).
- Kiểm tra đáp ứng kích từ khi sa thải tải.
+ Mục đích: Kiểm tra đáp ứng kích từ khi sa thải P = 25%Pn; 50%Pn; 75%Pn; 100%Pn.
+ Các bước tiến hành:
Dùng thiết bị đo dạng sóng 8 kênh hoặc fluke 199C: đo dạng sóng Uf; If; Ug; fg, P, Q, f.
2.11. Một số nhược điểm của hệ thống kích từ Thủy điện Ka Nak
Hệ thống kích từ được lắp đặt tại nhà máy là các tủ bảng điều khiển chế tạo dựa trên thiết kế kỹ thuật tín hiệu tương tự và số của Trung Quốc đã sử dụng khá lâu, cấu trúc và công nghệ lạc hậu.
Các tủ bảng và thiết bị đã khơng cịn sản xuất nên việc thay thế không thể thực hiện.
Các phần mềm khơng mở và khó sử dụng nên khó khăn trong việc kết nối với các hệ thống điều khiển tổ máy cũng như điều khiển ở cấp cao hơn (khi nâng cấp) và phục vụ cho công tác sữa chửa, hiệu chỉnh.
Tủ AVR chỉ có một kênh và một cầu chỉnh lưu. Do đó, khi bị lỗi kênh hoặc sự cố cầu chỉnh lưu dẫn đến ngừng vận hành tổ máy.
Cạc đo lường DSP3 làm việc không tin cậy, là nguyên nhân làm cho hệ thống kích từ làm việc thiếu ổn định.
2.12. Kết luận chương 2
Chương 2 đã mô tả tổng quan về thiết bị tủ kích từ. Bao gồm các thiết bị nhất thứ, thiết bị nhị thứ. Nêu rõ đặc điểm và thông số của từng thiết bị.
Nêu rõ các chức năng của hệ thống kích từ và quy trình thí nghiệm, kiểm tra hệ thống kích từ trước khi đưa vào vận hành.
Giúp nhân viên vận hành hiểu rõ hơn về thiết bị, làm chủ thiết bị, đảm bảo công tác vận hành.
- Chỉ rõ các nhược điểm của hệ thống kích từ hiện đang vận hành, để đảm bảo mục tiêu vận hành tin cậy và liên tục thì việc thay thế hệ thống kích từ mới theo tiêu chuẩn IEEE 421.1 là cần thiết.
- Để hiểu sâu hơn về bộ AVR theo tiêu chuẩn IEEE 421.1 ta phải phân tích và mơ phỏng một số chức năng của bộ AVR, được trình bày cụ thể ở Chương 3.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KÍCH TỪ THỦY ĐIỆN KA NAK
3.1. Đại cương
Tại sao ta phải điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát điện đồng bộ ? Trả lời câu hỏi trên bằng những lý do như sau:
Tùy thuộc vào tính chất của phụ tải (tải có tính cảm, tải có tính dung…) mà dẫn đến hiện tượng điện áp đầu cực máy phát có sự thay đổi khi phụ tải thay đổi. Vì vậy để giữ điện áp đầu cực máy phát khơng đổi thì phải có bộ AVR (tự động điều chỉnh điện áp) theo nguyên lý điều khiển dịng điện kích từ.
Hình 3.1. Sơ đồ thay thế và đặc tính ngồi của máy phát điện
Trong đó:
XMF: là điện kháng máy phát UMF: điện áp đầu cực máy phát IMF: dòng điện phần ứng máy phát EMF: suất điện động phần ứng máy phát
Giả sử xét trường hợp tải có tính cảm, khi tải tăng dẫn đến IMF tăng. Nếu EMF = const thì theo biểu thức (1), ta nhận thấy UMF giảm. Tương tự cho trường hợp ngược lại khi tải giảm thì điện áp đầu cực sẽ tăng [3].
Mọi sự biến động của phụ tải làm cho điện áp đầu cực máy phát điện thay đổi. Để giữ điện áp đầu cực máy phát khơng đổi ta phải điều chỉnh dịng kích từ và việc điều chỉnh điện áp máy phát là mục tiêu chính của bộ AVR.
Bộ AVR có chức năng tự động ổn định điện áp máy phát. Và ta có sơ đồ khối chức năng đơn giản của mạch tự động ổn định điện áp máy phát.
Hình 3.2. Sơ đồ khối ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều
Sơ đồ mạch ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều được vẽ như hình 3.2. Vấn đề ổn định điện áp máy phát điện được thực hiện bằng cách lấy các hồi tiếp dương dòng điện và âm điện áp. Khi dòng điện tải tăng, điện áp máy phát tăng hay giảm tùy thuộc tính chất của tải. Tín hiệu phản hồi dương dịng điện và âm điện áp làm cho Uđk tự động thay đổi theo giá trị điện áp và dòng điện đầu cực của máy phát [4].
Ví dụ: tải của máy điện có tính cảm, làm cho dịng điện máy phát tăng và điện áp máy phát giảm. Phản hồi dương dòng điện và âm điện áp thay đổi theo nguyên tắc:
Udk Udat kphI.IMF kphU.UMF (3.2) Trong đó:
- Tín hiệu phản hồi dịng điện: UphI = kphI.IMF - Tín hiệu phản hồi điện áp: UphU = kphU.UMF
Từ (3.2) ta nhận thấy điện áp điều khiển sẽ tăng lên khi dòng điện đầu cực máy phát tăng và điện áp đầu cực máy phát giảm. Do đó, sẽ kéo điện áp đầu cực về giá trị đặt.
3.2. Xác định mối quan hệ của UMF,IMF với kphI, kphU
Ta có: EMF K . .ne K .f Ukt (3.3) UKT K UBD. dk (3.4) UMF EMF IMF.Z (3.5) Từ (3.3), (3.4) và (3.5), suy ra: UMF k kf. BD.UdkIMF.ZMF (3.6) Mặt khác, ta lại có:
Udk Udat kphU.UMF kphI.IMF (3.7) Thay (3.6) vào (3.7), ta được:
. . . .
. . . . . . .
MF f BD dat phU MF phI MF MF MF
f BD dat f BD phU MF MF f BD phI MF
U k k U k U k I I Z k k U k k k U Z k k k I Suy ra: . . . . 1 . . 1 . . f BD MF f BD phI MF dat MF f BD phU f BD phU k k Z k k k U U I k k k k k k (3.8) Trong đó:
MF
U : điện áp đầu cực của máy phát điện.
dat
U : điện áp đầu cực của máy phát điện. ,
phU phI
U U : là tín hiệu phản hồi điện áp, dòng điện đầu cực máy phát.
dk
U : điện áp điều khiển của bộ AVR.
kt
U : điện áp kích từ.
3.3. Mơ hình hệ tự động ổn định điện áp máy phát thủy điện
Hệ tự động ổn định điện áp máy phát thủy điện khi làm việc phải đảm bảo chất lượng của hệ thống thể hiện ở trạng thái động và trạng thái tĩnh của hệ. Trạng thái tĩnh với yêu cầu quan trọng nhất là độ chính xác điều chỉnh. Trong trạng thái động có những yêu cầu về ổn định và các chỉ tiêu chất lượng động như lượng quá điều chỉnh б%, thời gian quá độ có lượng quá điều chỉnh tб, thời gian đáp ứng, số lần dao động của hệ. Trong hệ điều khiển tự động thì cấu trúc mạch điều khiển và các tham số của các bộ điều chỉnh ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ [5].
Hệ tự động ổn định điện áp máy phát điện xoay chiều được phân thành cấu trúc hai mạch vòng (phản hồi âm điện áp và phản hồi dương dịng điện) có bộ hiệu chỉnh regulator (WHC) nối cấp, có sơ đồ cấu trúc như hình 3.3.
Trong đó:
- WHC(p): bộ hiệu chỉnh để khử các hằng số thời gian lớn và giảm độ sụt áp.
- WBD(p): là bộ biến đổi có điều khiển từ dạng AC sang DC. - Wrotor(p): là ro to máy phát.
- WMF(p): là stator máy phát.
- WphI(p): khâu phản hồi dòng điện. - WphU(p): khâu phản hồi điện áp.
- Hệ ổn định điện áp trên có hai nhiệm vụ là: + Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ.
+ Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lượng động và chất lượng tĩnh của hệ.
3.4. Lập hàm truyền của các phần tử trong hệ
* Hàm truyền của bộ biến đổi (chỉnh lưu và điều khiển)
Ta xem bộ biến đổi như khâu qn tính, do đó có hàm truyền như sau: W D 1 . BD B BD k p T p (3.9)
Với TBD là hằng số thời gian của bộ biến đổi. Hằng số thời gian này là tổng hằng số thời gian của các khâu qn tính nhỏ khơng bù. Gồm hằng số thời gian của máy biến áp chỉnh lưu TBA và hằng số thời gian của bộ chỉnh lưu có
D BA B BA CL CL BA L T p T T T R (3.10)
Khâu phản hồi điện áp
1
WphU phU phU
BU
U
p k
U
(3.11)
Trong đó: UphU là tín hiệu phản hồi điện áp đưa đến bộ điều khiển. U1BU là điện áp phía sơ cấp của máy biến điện áp.
* Khâu phản hồi dòng điện
1
WphI phI phI
BI
U
p k
I
(3.12)
Trong đó: UphI là tín hiệu phản hồi dịng điện đưa đến bộ điều khiển. I1BI = IMF là dịng điện phía sơ cấp của máy biến dòng điện. * Hàm truyền của stato máy phát
Ta có: . . . . . 1 . . . 1 . MF MF MF MF MF MF MF MF MF MF MF MF MF di E U I R L dt L I R p R I R T p (3.13) Suy ra: . 1 . MF MF MF MF MF E U I R T p (3.14)
Với: TMF là hằng số thời gian điện từ của máy phát điện. RMF là điện trở cuộn dây phần ứng
MF MF
X L
là điện cảm cuộn dây phần ứng
W . 1 . MF MF MF MF MF MF U Z p E R T p (3.15)
Hình 3.4. Sơ đồ cấu trúc mơ tả hàm truyền máy phát điện
* Hàm truyền của ro tor máy phát
Ta xem rô to máy phát là khâu khuếch đại nên có phương trình đặc trưng