7. Bố cục luận văn
2.3. Hệ thống kích từ và chức năng PSS của NMTĐ Sông Bung 4
2.3.1. Hệ thống kích từ EXC9100
a. Giới thiệu chung
Hệ thống kích từ NMTĐ Sông Bung 4 là hệ thống kích từ tĩnh kỹ thuật số EXC9100, vi xử lý được phát triển bởi Viện thiết bị điện Quảng Châu/Gunagzhou KINTE ELECTRIC CONTROL CO.LTD [20]. Đặc điểm nổi bật của EXC9100 là phần mềm chức năng và hệ thống kỹ thuật số. Việc số hóa của hệ thống EXC9100 không chỉ trong bộ điều chỉnh mà còn tủ chỉnh lưu, dập từ. Các phần khác nhau của hệ thống kích từ có thể thực hiện việc kiểm tra, truyền dẫn thông tin, điều khiển, hiển thị, dị tìm lỗi một cách thơng minh, đó là sự cải thiện vượt bật về tính cơng nghệ và ổn định của hệ thống này.
Hệ thống kích từ EXC9100 bao gồm bộ điều khiển vi xử lý, sử dụng công nghệ bo mạch in và mạch thiết bị bán dẫn công nghệ cao. Module tự động điều chỉnh điện áp kỹ thuật số là bộ điều khiển đa chức năng, nó khơng chỉ điều khiển dịng điện, điện áp đầu ra các bộ chỉnh lưu mà cịn có chức năng giới hạn và giám sát các thông số cũng như những chức năng điều khiển khác. Hệ thống kích từ điều chỉnh điện áp đầu ra và công suất phản kháng máy phát đồng bộ bằng cách điều khiển trực tiếp dịng kích từ đầu ra các cầu chỉnh lưu thyristor. Bộ phận chính của HTKT là các kênh điều khiển, chức năng chính của các kênh điều khiển là điều chỉnh điện áp đầu ra máy phát theo một chu trình khép kín [20].
Hệ thống kích từ được thiết kế đảm bảo các chế độ làm việc của máy phát thuỷ lực như sau:
1. Kích thích ban đầu. 2. Chạy khơng tải.
3. Hòa vào hệ thống điện bằng phương pháp đồng bộ chính xác.
4. Làm việc trong hệ thống điện có phụ tải nằm trong các giới hạn của biểu đồ phân bố công suất và quá tải cho phép của máy phát điện.
5. Kích thích cường hành với bội số qui định về dòng điện và điện áp khi sự cố trong hệ thống điện làm giảm điện áp trên thanh cái nhà máy.
6. Giảm kích thích máy phát khi sự cố trong hệ thống điện làm tăng điện áp trên thanh cái nhà máy.
b. Thơng số kỹ thuật và các bộ phận chính hệ thống kích từ EXC9100 Chức năng các bộ phận chính của hệ thống kích từ [12]:
Hình 2.9: Các tủ điều khiển hệ thống kích từ EXC9100 - 01 tủ điều chỉnh (Excitation Regulator)
- 02 tủ chỉnh lưu (Excitation Rectifier I, Excitation Rectifier II ) - 01 tủ dập từ (De-excitation)
Bên trong các tủ này bố trí tất cả các thiết bị của hệ thống kích từ, đảm bảo thực hiện đầy đủ các chức năng của hệ thống kích từ.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống kích từ NMTĐ Sơng Bung 4 [12]
Hệ thống kích từ điều chỉnh điện áp đầu ra và công suất phản kháng của máy phát đồng bộ bằng cách điều khiển trực tiếp dòng điện một chiều đầu ra các cầu chỉnh lưu.
Hệ thống kích từ máy phát được thực hiện theo sơ đồ tự kích. Cuộn dây rotor nhận điện từ đầu cực máy phát thông qua MBA TE và bộ chỉnh lưu thyristor. Chỉnh lưu dòng điện bằng sơ đồ cầu chỉnh lưu thyristor 3 pha. Bộ chỉnh lưu gồm 02 cầu chỉnh lưu thyristor nối song song về phía xoay chiều và một chiều. Bộ chỉnh lưu sẽ đảm bảo tất cả các chế độ làm việc của hệ thống kích từ khi bị hư hỏng một con thyristor trong các cầu này. Mỗi cầu chỉnh lưu gồm có 06 nhánh, mỗi nhánh gồm có một thyristor, một cầu chì để bảo vệ q dịng và mạch RC bảo vệ quá điện áp nội bộ khi chuyển mạch. Mỗi cầu chỉnh lưu có cầu dao cách ly nối về phía xoay chiều.
Làm mát bằng đối lưu khơng khí bên trong giúp tản nhiệt cho cầu chỉnh lưu khi làm việc, trên mỗi tủ cầu chỉnh lưu có lắp hai quạt làm mát.
Sau khi máy phát đồng bộ nối với lưới, hệ thống kích từ làm việc ở chế độ tự động điều chỉnh điện áp (AVR), điều chỉnh điện áp đầu ra máy phát. Hệ thống kích từ cũng có thể vận hành ở những chế độ khác, chẳng hạn như chế độ điều khiển cosφ máy phát hay điều khiển cơng suất phản kháng Q. Ngồi ra, hệ thống kích từ cịn có thể vận hành ở chế độ điều chỉnh bằng tay (điều chỉnh trực tiếp dịng kích từ) phục vụ cho cơng tác bảo dưỡng, thí nghiệm hiệu chỉnh để đưa hệ thống vào vận hành.
Để bảo vệ quá điện áp cho mạch lực phía một chiều khi hệ thống kích từ bị quá điện áp đột ngột tới giá trị cài đặt 1800V thì bộ bảo vệ quá điện áp sẽ làm việc, cuộn dây rotor được phóng điện qua giàn điện trở phi tuyến đặt trong tủ dập từ. Sau khi triệt tiêu quá áp, điện áp giảm xuống dưới 1100V hệ thống kích từ trở về làm việc lại bình thường
* Q trình kích từ ban đầu:
Q trình kích từ ban đầu được thực hiện khi hệ thống kích từ đã sẵn sàng làm việc, các hệ thống phụ trợ máy phát đã sẵn sàng làm việc, bộ điều chỉnh làm việc tốt, không xuất hiện các lỗi cảnh báo trên các kênh điều chỉnh và hệ thống kích từ.
Hệ thống kích từ EXC9100 sử dụng hai phương pháp kích từ: Dùng điện áp dư máy phát để kích từ và dùng nguồn bên ngồi phụ trợ (nguồn 220VDC). Kích từ bằng từ dư có thể được bật và tắt trên giao diện người-máy (HMI) trên bộ điều chỉnh. Nếu trong thời gian 10 giây, trị số điện áp phía cuộn dây hạ áp máy biến áp kích từ đạt được (10-20)V thì q trình tự kích bắt đầu xảy ra, lúc này điện áp đầu cực máy phát sẽ tăng dần đến 10%Un . Nếu sau thời gian 10 giây, trị số điện áp phía cuộn dây hạ áp máy biến áp kích từ khơng đạt được 10-20V thì nguồn kích từ ban đầu 220VDC tự động được đưa vào, và trong khoảng thời gian 5 giây tiếp theo điện áp đầu cực máy phát sẽ tăng dần và đạt đến trị số 10%Un, nếu trong khoảng thời gian 5 giây tiếp theo điện áp đầu cực máy phát không đạt đến trị số 10%Un thì tín hiệu kích từ ban đầu khơng thành công sẽ được hiển thị trên giao diện người-máy (HMI).
Khi điện áp đầu cực máy phát đạt từ 10% điện áp định mức. Lúc này các cầu chỉnh lưu làm việc và mạch kích từ ban đầu tự động được tách ra. Quá trình tiếp theo là q trình tự kích. Sau một thời gian nhất định, dưới sự giám sát và điều chỉnh của bộ chỉnh lưu, điện áp đầu cực máy phát tăng dần lên và đạt đến trị số sẵn sàng hoà đồng bộ.
* Quá trình dập từ:
- Dập từ bình thường được thực hiện bằng cách chuyển bộ chỉnh lưu sang chế độ nghịch lưu.
- Dập từ sự cố được thực hiện bằng cách cắt máy cắt dập từ, chuyển bộ chỉnh lưu sang chế độ nghịch lưu, bộ phóng điện làm việc để triệt tiêu điện áp dư trên cuộn
dây rotor, trên hệ thống kích từ được lắp đặt 01 bộ điện trở diệt từ gồm 14 con điện trở phi tuyến. Bộ điện trở diệt từ này sẽ làm việc khi máy cắt QE được cắt ra và toàn bộ điện áp dư trên cuộn dây rotor sẽ được triệt tiêu trên điện trở diệt từ.