2.7. Bộ AVR (Automatic Voltage Regulator)
2.7.1. Các khối chức năng cơ bản của bộ AVR thủy điện Ka Nak
- Bộ nguồn: Để đảm bảo AVR làm việc, AVR dùng 2 mạch cung cấp nguồn. Một nguồn DC từ bên ngoài và một nguồn AC từ bên ngoài. Cả hai đến hàng kẹp ngăn AVR. Nguồn DC (110V hoặc 220V) đưa vào khối nguồn DYB. Nguồn 220VAC đưa vào khối nguồn DYB, được lấy từ UPS.
- Cạc đo lường (DSP3): Đo lường tín hiệu dịng điện và điện áp đầu cực máy phát. Tín hiệu dịng điện lấy từ biến dịng TI 601 đầu cực máy phát, tín
- Cạc điều khiển (CPU): Thu thập tín hiệu, xử lý tín hiệu để xuất lệnh điều khiển hệ thống kích từ. Nhận và xuất tín hiệu thơng qua các jack cắm JP1, JP2, JP3, JP4 trên cạc.
Sơ đồ nguyên lý của bộ AVR và thiết bị thực tế sử dụng tại nhà máy như hình 2.12 và 2.13.
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý các khối cơ bản của AVR
Hình 2.13. Bộ AVR Thủy điện Ka Nak
2.7.2. Các tín hiệu xuất đến phịng điều khiển trung tâm và báo tại tủ kích từ
- Lỗi kích từ. - Sự cố kích từ.
- Kích từ ban đầu. - Quá áp không tải. - Cắt máy cắt kích từ. - Đóng máy cắt kích từ.
- Đứt cầu chì bảo vệ Thiristor. - Ngừng quạt làm mát bộ chỉnh lưu.
2.7.3. Các chức năng giám sát giới hạn
Mục đích chính của các chức năng giới hạn nhằm duy trì điểm làm việc của máy phát nằm trong giới hạn cho phép. Vì vậy để tránh dừng máy không mong muốn do bảo vệ tác động cũng như đảm bảo cho máy phát làm việc ổn định mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật. Các chức năng giới hạn máy phát điện được thể hiện qua đồ thị sau:
Hình 2.14. Đặc tính P-Q của máy phát điện
2.7.4. Các giới hạn về kích thích
Giới hạn kích thích của bộ AVR bao gồm quá kích thích và kém kích thích, trong đó.
+ Giới hạn q dịng Stator. - Các giới hạn kém kích thích:
+ Giới hạn kém dòng Stator. + Giới hạn P/Q.
+ Giới hạn kém dòng Rotor.
2.7.4.1. Giới hạn quá dòng Rotor
Chức năng: Bảo vệ cuộn dây rotor cũng như hệ thống mạch lực tránh khỏi quá tải nhiệt.
Thời gian tác động được tính tốn theo cơng thức sau:
2 max1/2 therm1/2 I 0,9 t Tequiv I 0,9 (2.4) Trong đó:
Imax1/2: Giới hạn trần của dịng kích từ Itherm1/2: Giới hạn nhiệt của dịng kích từ
Tequiv: Hằng số thời gian quá nhiệt của Rotor
2.7.4.2. Giới hạn kém dòng Rotor:
Chức năng: Nhằm ngăn cản việc ngắt dịng kích từ để đảm bảo cho máy phát làm việc ở vùng an toàn. Tránh được trường hợp dừng máy do mất từ trường cũng như đảm bảo đầu các cực rotor khỏi quá nhiệt.
2.7.4.3. Giới hạn quá dòng Stator:
Chức năng: Bảo vệ quá nhiệt của cuộn dây Stator trong cả hai trường hợp máy phát vận hành ở chế độ quá kích thích cũng như ở chế độ kém kích thích.
Hình 2.16. Sơ đồ khối ngun lý làm việc của giới hạn dòng Stator
2.7.4.4. Giới hạn P/Q:
Chức năng: Bảo vệ máy phát làm việc ổn định, không xảy ra mất đồng bộ giữa Stator và rotor. Nguyên nhân cơ bản do thao tác sai của nhân viên vận hành…
Hình 2.17. Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của giới hạn P/Q
2.7.4.5. Giới hạn V/Hz:
Chức năng: Bảo vệ máy biến áp tránh quá kích thích khi tỉ số V/hz > V/Hz
setting.
Hình 2.18. Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của giới hạn V/Hz
2.7.4.6. Ổn định hệ thống công suất (PSS):
Chức năng: nhằm làm giảm sự dao động giữa máy phát với công suất trong hệ thống.
2.7.5. Các chế độ vận hành
- Đối với hệ thống kích từ tĩnh này có các chế độ làm việc sau: + Chế độ ổn định theo điện áp.
+ Chế độ ổn định theo dòng điện Rotor.
+ Chế độ ổn định theo hệ số công suất hoặc Công suất phản kháng. - Chế độ ổn định điện áp (AVR):
+ Trong chế độ không tải: lệnh tăng/giảm điểm đặt tăng/giảm điện áp đầu cực máy phát.
+ Trong chế độ mang tải: lệnh tăng/giảm điểm đặt tăng/giảm công
suất phản kháng.
- Chế độ ổn định dòng điện (FCR):
+ Trong chế độ không tải: lệnh tăng/giảm điểm đặt tăng/giảm điện áp đầu cực máy phát.
+ Trong chế độ mang tải: lệnh tăng/giảm điểm đặt tăng/giảm công suất phản kháng.
- Chế độ ổn định theo hệ số công suất hoặc Công suất phản kháng (QCR): Nguyên lý hoạt động của chế độ như trong hình 2.20 và 2.21.
Hình 2.21. Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của chế độ ổn định hệ số cơng suất
2.7.6. Các tín hiệu cảnh báo, sự cố trong quá trình vận hành
- Chuyển đổi kênh làm việc: khơng chuyển đổi kênh làm việc vì khơng có kênh dự phịng.
Hình 2.22. Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của chế độ chuyển đổi kênh điều
khiển
- Chuyển đổi cầu chỉnh lưu : khơng chuyển đổi cầu chỉnh lưu vì khơng có cầu chỉnh lưu dự phịng
- Chuyển đổi chế độ làm việc AVR -> FCR + Tín hiệu cảnh báo quá/ kém kích thích. + Tín hiệu cảnh báo giới hạn V/Hz. + Tín hiệu điểm đặt ở giới hạn Min/Max.
+ Tín hiệu quá nhiệt độ bộ chỉnh lưu. + Tín hiệu hư hỏng quạt làm mát. + Tín hiệu hư hỏng bộ nguồn ni. + Tín hiệu lỗi nguồn kích từ mồi. + Tín hiệu lỗi dập từ.
+ Tín hiệu cảnh báo chung như cửa các tủ chưa đóng, máy cắt đầu cực đang đóng….
2.8. Cài đặt các thơng số giới hạn tại tủ kích từ
Dựa trên các thơng sơ số đã phân tích ở trên về dòng điện, điện áp, tần số. Ta tiến hành cài đặt các thơng số về q dịng, quá áp và tần số như trong hình 2.23.
Hình 2.23. Bảng cài đặt các thơng số giới hạn kích từ
- Chức năng dưới giới hạn kích từ (UEL)
+ Khi Q < QL chức năng ULE sẽ làm việc. Bảo vệ dưới giới hạn kích từ cho máy phát.
+ Thay đổi đặc tính VAMIN từ giá trị âm tăng đến giá trị dương để tăng kích từ máy phát.
+ Bảo vệ quá nhiệt cuộn dây rotor. + Giá trị cài đặt 500A.
- Giới hạn tỉ số điện áp và tần số (V/Hz):
+ Giới hạn này đưa ra yêu cầu để tránh quá kích (fluxing) của khối MF- MBA. Khi điện áp đầu cực cao và tần số thấp, lõi của MBA và gối trục của MF sẽ bị bão hòa, sẽ phát nhiệt. Tỉ số giữa điện áp đầu cực và tần số (V/Hz) được cân xứng để khơng bão hịa lõi.
+ Giám sát tỉ số điện áp đầu cực và tần số máy phát. + Tự động điều chỉnh tỉ số khi vượt quá giá trị đặt. + Giá trị cài đặt 150% V/f(pu).
- Chức năng bảo vệ quá dòng stator:
+ Bảo vệ quá nhiệt của cuộn dây Stator trong cả hai trường hợp máy phát vận hành ở chế độ quá kích thích cũng như ở chế độ kém kích thích.
+ Giá trị cài đặt 894A
- Chức năng bảo vệ quá áp stator:
+ Bảo vệ quá áp cuộn dây stator trong trường hợp điện áp máy phát tăng cao.
+ Giá trị cài đặt 7200V.
- Giới hạn q dịng kích từ khơng tải.
+ Khi dịng kích từ vượt q giá trị dịng kích từ khơng tải ddingj mức, thì chức năng này sẽ làm việc để giảm dịng kích từ khơng tải về định mức.
+ Giá trị cài đặt 240A. - Dãi tần số cho phép:
+ Khống chế tần số nằm trong giải . + Giá trị cài đặt: Tần số cao 72Hz. Tần số thấp 40Hz.
2.9. Chu trình lơ gíc khởi động kích từ và ngừng kích từ
Sử dụng các thuật tốn lơ gíc OR, AND, TP để xuất ra tín hiệu khởi động hệ thống kích từ, ngừng kích từ. Sơ đồ khởi động như hình 2.24 và 2.25.
Hình 2.24. Sơ đồ logic khởi động kích từ
Hình 2.25. Sơ đồ logic ngừng kích từ 2.10. Các bước kiểm tra thí nghiệm hệ thống kích từ 2.10. Các bước kiểm tra thí nghiệm hệ thống kích từ
- Kiểm tra nối đất và kiểm tra cách điện. + Kiểm tra nối đất hệ thống tủ kích từ. + Kiểm tra cách điện.
* Kiểm tra cách điện cáp nhị thứ.
- Kiểm tra hệ thống nguồn nuôi AC & DC và hệ thống cáp liên lạc. + Kiểm tra các bộ nguồn 24Vdc, 5Vdc.
+ Kiểm tra nguồn nuôi cho kênh A10, A20, màn hình điều khiển, các mơdun điều khiển, mơdun tín hiệu, mơdun truyền thông…
+ Kiểm tra nguồn ni các transducers điện áp kích từ, dịng điện kích từ.
+ Kiểm tra nguồn AC cấp cho sấy chiếu sáng, nguồn 3 pha cấp cho quạt mát.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh cảm biến đo lường.
+ Kiểm tra chức năng đo lường điện áp đầu cực máy phát. + Kiểm tra chức năng đo lường dòng điện đầu cực máy phát. + Kiểm tra chức năng đo lường công suất P, Q, Cos, f hệ thống. + Kiểm tra chức năng đo lường điện áp đồng bộ Usyn1, 2.
- Kiểm tra chức năng điều khiển và bảo vệ.
+ Kiểm tra và điều khiển máy cắt dập từ tại chổ/từ xa. + Kiểm tra mạch bảo vệ .
+ Kiểm tra và điều khiển quạt mát, chuyển đổi nguồn. + Kiểm tra và điều khiển chuyển đổi bộ Thyristor. + Kiểm tra kích từ ở chế độ vịng hở.
- Kiểm tra kích từ ở chế độ vịng kín khơng 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 phịng.
+ 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: Dịng 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 dòng 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 dịng 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