CHƯƠNG III ĐI SÂU NGHIÊN CỨU HÒA ĐỒNG BỘ CÁC MÁY PHÁT TRÊN TÀU VÀ PHÂN CHIA TẢI KHI CÁC MÁY PHÁT CÔNG TÁC SONG SONG
3.2. Cấu tạo bảng điện chính &một số mạch điều khiển
3.2.5 Hoạt động của bộ tự động điều chỉnh điện áp tàu 34.000T
Hệ thống điều chỉnh điện áp được lắp đặt trên tàu 34.000T do hãng TAIYO chế tạo.
Hệ thống được xây dựng dựa trên nguyên lí kết hợp giữa phức hợp pha song song với điều chỉnh theo độ lệch. Trong đó phần phức hợp pha có nhiệm vụ đưa điện áp tăng bằng 110% Uđm sau đó phần điều chỉnh theo độ lệch sẽ kéo điện áp trở về Uđm và giữ điện áp của máy phát ổn định bằng giá trị định mức. Hệ thống có thể thực hiện các chức năng :
- Tự kích.
- Ổn định điện áp.
- Tự động phân chia tải phản tác dụng.
a.Giới thiệu phần tử và chức năng của phần tử.
+ G : máy phát đồng bộ không chổi than.
+ Space heater : điện trở sấy các cuộn dây máy phát.
+/ Mạch phức hợp pha.
- CT : biến dòng hai pha lấy tín hiệu dòng cho mạch kích từ chính. Hai cuộn dây thứ cấp của biến dòng được nối với nhau theo hình số 8 nhằm triệt tiêu những sóng hài bậc cao.
- Ex : Cuộn dây phần ứng máy phát kích từ. Cuộn này cùng với cuộn kích từ của máy phát chính F1 và cầu chỉnh lưu Si1 nằm trên rô to của máy phát chính.
- Si1, Si2 : các cầu chỉnh lưu diode.
- F1 : cuộn kích từ của máy phát chính.
- F2 : cuộn kích từ của máy phát kích từ.
- RC1, RC2 : các điện trở có nhiệm vụ hạn chế những xung dòng lớn để bảo vệ cho cầu chỉnh lưu Diode
+/ Mạch điều chỉnh theo độ lệch ( AVR)
- Tr1 : Biến áp lấy tín hiệu điện áp thực E1 của máy phát và tạo ra nguồn nuôi mạch khuyếch đại và điều chỉnh AVR.
- CCT : Biến dòng có hai cuộn thứ cấp. Cuộn thứ nhất cấp tín hiệu dòng cho mạch AVR.
Cuộn thứ 2 lấy tín hiệu dòng đi nối dây cân bằng phục vụ phân bố tải phản tác dụng.
- CCR : Biến trở điều chỉnh độ nghiêng đặc tính ngoài máy phát qua đó phân bố tải phản tác dụng khi máy phát công tác song song .
- D1, D9 , D13 : Các bộ chỉnh lưu Diode cầu một pha..
- Z1 : Điode zenner tạo tín hiệu điện áp chuẩn E2.
- VR : Biến trở để chỉnh giá trị điện áp không tải của máy phát.
- Q1 : Khuyếch đại thuật toán để khuyếch đại tín hiệu độ lệch E3. - C8, C9, R11 : Làm nhiệm vụ bù tần số tạo tính ổn định cho Q1.
- Q3 , Q4 : Các Tranzitor tạo ra mạch khuyếch đại công suất hai tầng nhận tín hiệu từ PID, và có chức năng điều khiển pha.
- Q5 : Tranzitor một tiếp giáp UJT tạo xung kích mở Thiristor
- Z2 , Z3 : Các Điode zener tạo điện áp ổn định cho nguồn nuôi mạch PID và mạch điều khiển xung.
- C1 , C12, C13 : Các tụ điện có chức năng san bằng điện áp sau chỉnh lưu.
- PT3 : Biến áp xung nhận tín hiệu ra của mạch tạo xung.
- 6L1 , R25 , C14 : Mạch lọc để khử sóng hài bậc cao.
- SCR1, SCR2 : Các thyristor điều khiển thực hiện chức năng đưa tín hiệu độ lệch vào để điều chỉnh điện áp.
- Tr2 : Biến áp cấp nguồn cho mạch tạo tín hiệu đồng bộ.
- Q2 : Khuyếch đại thuật toán thực hiện chức năng tạo điện áp đồng bộ có tín hiệu ra so sánh với điện áp đặt của Z5 đưa đến điều khiển Q4.
- Tr3 : biến áp xung. Phía sơ cấp nối với UJT. Phía thứ cấp nối với các cực điều khiển để cấp xung kích mở Tiristor.
- R28, R29 các điện trở bảo vệ các Tiristor chính . b. Nguyên lý hoạt động.
* Quá trình tự kích ban đầu.
Khi khởi động Diesel lai máy phát đến tốc độ định mức, nhờ có từ dư ở lõi thép của máy phát kích từ nên ở cuộn dây phần ứng máy phát chính sẽ cảm ứng được tín hiệu điện áp dư có giá trị khoảng (2 ÷5%) Uđm. Vì có tín hiệu phản hồi điện áp ở phần điều chỉnh của khối phức hợp pha song song, khi đó sẽ có tín hiệu đưa đến điều chỉnh tăng dòng kích từ của máy phát nên, làm cho điện áp của máy phát tăng lên nhanh chóng. Nếu không có tín hiệu từ bộ hiệu chỉnh AVR tác động đến cuộn kích từ thì điện áp máy phát chính sẽ lên tới 110%Uđm. Sau đó nhờ có bộ AVR mà điện áp máy phát được kéo trở về bằng giá trị định mức.
* Nguyên lý hoạt động của kênh điều chỉnh theo phức hợp pha song song.
- Tín hiệu dòng ( Ii ) lấy qua biến dòng CT.
- Tín hiệu áp ( Iu ) lấy qua cuộn cảm RT.
Hai tín hiệu dòng và tín hiệu áp được cộng điện với nhau trước chỉnh lưu Si2 . Sau đó đưa đến cuộn kích từ F2 của máy phát kích từ để điều chỉnh điện áp máy phát. Hai tín hiệu dòng và áp có thể thay đổi độ lớn nhờ cách thay đổi đầu đấu dây các cuộn CT, RT.
Đây là bộ điều chỉnh tạo ra dòng kích từ chính, có công suất điều chỉnh lớn và khả năng cường kích cao. Nó kết hợp với bộ hiệu chỉnh AVR để giảm độ quá điều chỉnh và ổn định điện áp cho máy phát khi dòng tải và tính chất tải thay đổi.
Hình 3.4 : Sơ đồ véctơ hệ thống phức hợp pha song song
* Nguyên lý hoạt động của kênh điều chỉnh theo độ lệch ( AVR ).
Đây là bộ hiệu chỉnh có tác dụng giữ ổn định điện áp luôn đạt giá trị định mức . + Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh và mạch PID :
- Tín hiệu điện áp thực của máy phát được lấy qua biến áp Tr1( tạo Uv) và sụt áp trên CCR ( tạo U0 ), qua cầu chỉnh lưu D1 tạo điện áp E1 = Uv+ U0. Điện áp chuẩn E2 tạo bởi Diode zener Z1, hai tín hiệu điện áp E1 và E2 được so sánh với nhau và tạo ra tín hiệu độ lệch E3 ( E3 = E2 – E1 ) .Tín hiệu độ lệch điện áp E3 được đưa vào cửa đảo của khuyếch đại thuật toán Q1 thông qua điện trở R7, R8. Sau khi qua mạch khuyếch đại, bộ PID tín hiệu ra được khuyếch đại và đảo cực tính thành E3’ , đưa tới chân bazơ (B) của Tranzitor Q3 thông qua điện trở R14 và diode D3.
- Mạch PID : phần tử chính là khuyếch đại thuật toán Q1. Mạch P lấy tín hiệu sai lệch sau mạch đo, thông qua biến trở VR, điện trở R4 , điện trở R8 và Q1. Điều chỉnh hệ số Kp thông qua VR. Mạch vi phân D được tạo bởi tín hiệu sai lệch thông qua tụ C5, điện trở R5 và Q1. Việc điều chỉnh hệ số Kd thông qua R5. Mạch tích phân I thông qua tụ C6, điện trở R9 và Q1. Điều chỉnh K1 thông qua R9.
+ Mạch điều khiển đồng bộ pha.
Tín hiệu điện áp sau bộ cộng của mạch phức hợp được đưa vào cầu chỉnh lưu D13
thông qua biến áp Tr2. Tín hiệu sau cầu chỉnh lưu được đưa vào đầu vào của IC thuật toán Q2 thông qua điện trở R32, qua mạch tạo điện áp đồng bộ này, tín hiệu điện áp được đảo pha 900. Tín hiệu này được đưa tới chân Bazơ của Transistor Q4 nhằm kích mở Q5 để tạo ra xung kích mở các Thyristor SCR1 và SCR2 vào đúng chu kỳ của điện áp.( Tức là SCR1 mở vào đúng chu kỳ dương của điện áp xoay chiều và tín hiệu E’3 có giá trị đủ lớn )
+ Mạch điều khiển pha : Phần tử chủ yếu là Q3, Q4, Q5. Trong đó Q1 làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu sai lệch. Dòng colector được nạp cho tụ C7 thông qua R17, hằng số thời gian sẽ quyết định thời gian phát xung do Q2 tạo nên. Tín hiệu được khuếch đại bằng Q3 .Tải của Q3 là biến áp xung được đưa đến điều khiển Tiristor. Thực tế tín hiệu sau Q1
được Q3 khuếch đại rồi đưa đến nạp cho tụ C10 và hằng số thời gian của R17 và C10 sẽ tạo nên hoạt động của Q5. Tụ C10 còn được can thiệp bởi Q4. Nếu Q4 dẫn thì Q5 không còn khả năng phát xung nữa.
+ Mạch Tiristor : gồm G1 và G2 được mắc đối nhau để làm việc cả hai chu kỳ điều khiển, tăng khả năng phản ứng nhanh của hệ tạo nên một dòng kích từ có phản ứng lập tức khi cần thiết, giống như sườn trước của một xung điều chỉnh, làm giảm thời gian quá độ.
Cuộn L1 vừa là tải kháng, vừa đóng vai trò khi các Tiristor mở hoàn toàn đúng lúc điện áp xoay chiều đang đạt mức cao.
+ Quá trình tự động điều chỉnh điện áp của máy phát :
Giả sử máy phát đang công tác với điện áp là định mức Uđm. Ta đóng thêm tải cho máy phát thì điện áp của trạm phát lập tức giảm xuống nhỏ hơn giá trị Uđm. Lúc này điện áp thực của máy phát nhỏ hơn điện áp chuẩn thì tín hiệu độ lệch E3 sau khi so sánh sẽ mang giá trị dương. Sự sai khác càng lớn thì điện áp dương đặt vào cửa đảo của khuyếch đaị thuật toán Q1 càng lớn. Tín hiệu ra của khuyếch đại đảo Q1 càng âm đi, đưa đến chân bazơ B của Q3 giảm đi → Q3 khoá bớt lại. Do đó làm cho tụ C10 được nạp chậm hơn dẫn đến Q5 phát xung chậm hơn. Tín hiệu xung do Q5 phát ra được khuếch đại qua biến áp xung Tr3. Sau đó xung từ thứ cấp biến áp xung được đưa tới chân điều khiển G1- K1 ; G2 - K2 của hai thyristor SCR1, SCR2 làm cho hai thyrisror này khoá bớt lại. Lúc này dòng rẽ nhánh vào hai chân A- B của mạch thyristor chính giảm đi. Do đó dòng điện kích từ đi vào cầu chỉnh lưu Si2 sẽ tăng lên. Dẫn đến dòng kích từ đưa đến cuộn kích từ F2 của máy phát kích từ sẽ tăng lên, làm tăng dòng kích từ của máy phát chính dẫn đến điện áp của máy phát sẽ tăng dần lên cho đến khi đạt giá trị định mức.
Khi ngắt bớt tải, điện áp của máy phát lớn hơn so với giá trị điện áp định mức thì quá trình xẩy ra ngược lại. Trong trường hợp này Q3 thông hơn dẫn đến tụ C10 nạp nhanh hơn, thời gian đạt tới điện áp phóng nhanh, Q5 phát xung sớm. Hai Thyristor SCR1, SCR2
mở nhiều hơn dẫn đến dòng rẽ nhánh vào hai chân A-B lớn, dòng kích từ đưa đến F2
giảm đi, điện áp máy phát nhanh chóng đưa về giá trị định mức.
+ Quá trình phân chia tải phản tác dụng các máy phát khi công tác song song được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa điều khiển đặc tính ngoài lấy tín hiệu từ dòng tải và phương pháp nối dây cân bằng phía xoay chiều (trình bày ở chương V)
*. Chỉnh định hệ thống :
- VR : Chỉnh định điện áp ban đầu khi chưa đóng tải. Nó được lắp đặt trên bảng điện chính cùng với vôn kế để chỉnh định.
- R1 : Chỉnh điện áp máy phát trong khoảng ± 5% Uđ/m của máy phát.
- CCR : Biến trở điều chỉnh độ nghiêng của đặc tính ngoài thực hiện phân chia tải phản tác dụng khi các máy phát công tác song song.
- R5, R9 : Chỉnh định hệ số PID.
- R12 : Chỉnh định tín hiệu phản hồi điện áp vào Q1.
*.Nhận xét, đánh giá.
Kết luận : Đây là một trong những hệ thống mới, hiện đại được sử dụng nhiều trên các đội tàu đóng mới của Việt Nam. Hai tầng khuếch đại điện từ đã tạo nên một máy phát đồng bộ không chổi than. Với hai tầng khuếch đại này thì hệ số khuếch đại là khá lớn, nên không đòi hỏi công suất lớn. Như vậy sẽ giảm đáng kể kích thước, trọng lượng cũng như hiệu quả kinh tế ban đầu cũng như khi vận hành khai thác.
Hệ thống có cấu trúc gọn nhẹ, có độ chính xác và ổn định cao.
3.4.6. Hoạt động của các mạch báo động và bảo vệ.
a.Giới thiệu phần tử.
- RMP- 121D ( Reverse power relay ) : rơ le bảo vệ công suất ngược.
- RMC – 122D ( Over/SC current relay ) : rơ le bảo vệ công suất ngược - RM4- UA33M ( voltage built – up relay ) : rơ le bảo vệ công suất ngược.
b. Mạch bảo vệ điện áp thấp:
Tín hiệu áp của máy phát được đưa vào các chân B2, C, A1, A2 của bộ Voltage Built- up relay. Khi tín hiệu điện áp của máy phát lớn hơn tín hiệu đặt là 95%Uđm thì có tín hiệu điều khiển làm cho rơle K82.8 có điện, sau thời gian trễ đóng tiếp điểm 15- 18/K82.8/084 cho phép cấp điện cho mạch đóng aptomat chính lên lưới ở chế độ tự động.
Nếu điện áp của máy nhỏ hơn 95% Uđm thì tiếp điểm của K82.8 mở ra ta không thể điều khiển tự động đóng aptomat chính lên lưới.
c. Mạch bảo vệ quá tải cho máy phát (page082):
+ Khi máy phát bị quá tải thì bộ RMC-122D hoạt động làm cho rơle K82.3 có điện.
+ Nếu máy phát bị quá tải nhỏ thì sau 20 giây tiếp điểm 13-14/K82.3/182 sẽ đóng vào làm cho rơle K182.2 có điện :
- Tiếp điểm 03-04/K182.2/184 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat cấp điện cho các thiết bị làm hàng, cắt chúng ra khỏi lưới.
- Các tiếp điểm 21-22/K182.2/192 và 13-14/K182.2/242 sẽ đảo trạng thái để đưa tín hiệu báo quá tải của máy phát tới các mạch điều khiển đèn và máy tính báo máy phát bị quá tải.
+ Nếu máy phát vẫn chưa hết quá tải thì sau thời gian trễ 67-68/K182.2/ 182 sẽ đóng vào làm cho rơle K182.5 có điện làm cho :
- Tiếp điểm 03-04/K182.5/185 và 13-14&43-44&53-54&73-74/186 đóng vào cấp điện cho cuộn nhả của các aptomat, ngắt bớt một số phụ tải ra khỏi lưới.
- Các tiếp điểm 21-22/K182.5/192 và 63-64/K182.5/242 đảo trạng thái đưa tín hiệu báo quá tải tới các đèn báo và máy tính. Từ khối điều khiển sẽ gửi tín hiệu tới đèn báo quá tải và chuông báo quá tải cho máy phát.
+ Nếu máy phát bị quá tải lớn thì ngay lập tức tiếp điểm 6-7/K82.3/093 sẽ đóng lại đưa tín hiệu vào khối No1 D/G PMS INTERFACE để điều khiển ra lệnh mở aptomat chính của máy phát số1 ra khỏi lưới đồng thời đưa tín hiệu tới báo động quá tải cho máy phát bằng đèn và còi .
d. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát (page 082):
Khi máy phát xảy ra hiện tượng công suất ngược quá ngưỡng đặt của rơle bảo vệ công suất ngược thì khối RMP-121D ( reverse Power Relay) sẽ hoạt động gửi tín hiệu tới làm cho rơle K82.2 có điện. Sau thời gian trễ là 10 giây thì tiếp điểm của 6-7/K82.2/085 sẽ đóng làm cho rơle K85.5 có điện :
+ Tiếp điểm 7-11/K85.5/085 đóng vào là cho rơle K85.7 có điện : - Tiếp điểm 8-12/K85.7/085 đóng vào để tự duy trì cho K85.7
- Tiếp điểm 1-9/K85.7/084 mở ra làm cho cuộn giữ MN mất điện làm cho aptomat chính của máy phát mở ra.
- Tiếp điểm 7-11/K85.7/086 đóng vào cấp điện cho đèn S6 sáng (S6 là nút ấn có đèn đùng để reset aptomat chính của máy phát khi sảy ra sự cố).
+ Tiếp điểm 6-10/K85.5/093 đóng vào đưa tín hiệu vào khối điều khiển báo máy phát bị công suất ngược.
+ Tiếp điểm 5-9/K85.5/242 đóng vào đưa tín hiệu vào máy tính điều khiển đèn báo và chuông báo máy phát bị công suất ngược..
Để điều khiển đóng được aptomat máy phát số1 vào lưới sau khi bị sự cố thì ta phải ấn nút reset SB85.7 để reset lại mạch điều khiển aptomat.
e. Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát:
Trên tàu 34000T việc bảo vệ ngắn mạch cho máy phát người ta dùng cầu chì và aptomat chính.
+ Cầu chì thường được dùng để bảo vệ ngắn mạch ở các mạch đo và mạch điều khiển.
+ Aptomat thường được sử dụng để bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực và mạch chính : tín hiệu dòng được lấy từ ba pha R-S-T của máy phát đưa tới bộ chuyển đổi dòng điện PA83.2 (current transducer TAC -311DG )/083. Khi có hiện tượng ngắn mạch thì dòng điện của máy phát sẽ tăng lên rất lớn. các biến dòng sẽ cảm nhận được tín hiệu dòng lớn này đưa tới bộ chuyển đổi PA83.2 làm cho đầu ra của khối này (tiếp điểm 5-6) xuất hiện tín hiệu đưa tới khối PMS. Khối điều khiển PMS điều khiển đóng tiếp điểm 67- 68/PMSDG1/085 cấp điện cho rơle K85.9 làm cho tiếp điểm 2-10/K85.9/ 084 mở ra ngắt điện cấp cho cuộn giữ MN của aptomat chính làm aptomat chính mở ra ngắt máy phát ra khỏi lưới.Tiếp điểm 3-11/K85.9/085 mở ra, không cho phép reset lại aptomat khi chưa khắc phục sự cố ngắn mạch.
f. Bảo vệ tần số thấp cho trạm phát: (page 083):
Tín hiệu áp của máy phát được đưa vào chân 17-19 của khối Freq.Transducer (FT83.4), đầu ra của bộ biến đổi được đưa vào đầu 3-4 của bộ PMS.X1.
Khi tần số của máy phát nhỏ hơn tần số cho phép sẽ có tín hiệu gửi tới khối PMS ,khối sẽ đóng tiếp điểm 67-68/PMSDG1/085 vào làm cho rơle K85.9 có điện. Quá trình tiếp theo xảy ra tương tự như bảo vệ ngắn mạch.
Khi tần số của máy phát gần bằng định mức thì khối PMS sẽ mở tiếp điểm của nó ra làm cho rơle K85.9 mất điện mạch điều khiển trở lại hoạt động bình thường.