Luận văn hệ thống kích từ của máy phát Đồng bộ trong nhà máy thủy Điện

LOI MO BAU Hiện nay quả trình phát triển kinh tế xã hội của nước ta dang phát triển mạnh mẽ, đi cùng với điều đó thì việc đảm bảo nhu câu về công suất và chất lượng điện xăng là rất quan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

'Tạ Hồng Kiên

HE THONG KiCH TU CUA MAY PHAT DONG BO

TRONG NITA MAY TIIUY DIEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Hà Nội - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

'Tạ Hồng Kiên

HE THONG KiCH TU CUA MAY PHAT DONG BO

TRONG NITA MAY TIIUY DIEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Dao Quang Thach

MUCLUC

ADL MUC MENLL Vib cesccsesseeseescesiseeseseeesensstecitsstnetiseerssestenntinssiee

CHIƯƠNG L- GIỚI TITỢU CHUNG VŨ CÔNG NGITỆ SẢN XUẤT DIN NẴNG 11

1.1.1 Nguồn năng lượng sơ cấp hà reo ~ „12

1.1.3 Máy phát TH HH HH Hari gre wed

1.1.4 Bộ phận truyền tải diện à cesesrrrrrrou.3

1.2.1 Tốc độ quay và sức điện động của máy phát điện - 16

1.4 Phương trình của máy điện đồng bộ 0 2n nhe nen se 22 1.4.1 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cục ân 22 1.4.2 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lỏ 22

1.5.1 Đặc tính không tải cac eneeierrrriirrerieraeeoou28

1.5.2 Dc tinh ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch k

1.5.3 Đặc tính và độ thay đối điện áp AUđm của máy phát đồng bộ

1.5.4 Đặc tỉnh diều chứnh

1.5.5 Đặc tỉnh tải

CHUGNG 2: TU DONG LIGA VA DIÖU KIHIỂN HỆ THỐNG DIỆN

2.1 Nhiệm vụ chúng về bự động hóa trong hệ thông điện

2.1.1 Dic điểm của việc điều khiển hệ thống điện

3.1.2 Nhiệm vụ điều khiến hệ thông điện

2.1.3 Yêu cầu đối với quả trình điều khiển trong hệ thẳng điện

2.2 Van dé én dinh hệ thống điện

3.2.1 Khái niệm chung, si nireererree

2.2.2 Định nghĩa ôn định của hệ thông điện

3.2.3 Phương pháp khảo sát én định hệ thông điện

40 Ö 40

3.1 Yêu cầu chung về diễn chỉnh điện áp máy phát

3.1.1 Diễu chỉnh công suất táo đựng,

3.1.2, Điều chỉnh công, suất phân kháng Q eee

CHUONG 4: HỆ THONG KICH TU MAY PHAT CUANHA MAY THUY BIEN

KÍCH TỪ THỦY ĐIỆN SƠN LA ineeeieoeieeoioooeo.O2

5.2, Kết quá mô phóng bằng, Matlab - Simulink - sect BB

5.2.1.So dé khdi cac thành phần và thông sẻ hệ thẳng kích từ - 93 5.2.2 Két qua mé phdug tuéng hop may phat lam viée binh thung .96 5.2.3 Két qué mé phéng trudng hợp máy phát làm việc không tâi 98

5.2.4.Kết quả mô phỏng trường hợp có sự cố ngắn mạch LŨ

TÀI LUỆU THAM KHẢO à cuc seessose.T108Ỷ

LOECAM DOAN

Tôi xin cam đoan luận văn lả kết quả nghiên cửu của riêng tối, không sao

chép của ai Các sẻ liệu, kết quả nêu trong, hiận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội đụng luận văn có tham khảo và sử đụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các

trang web theo đanh mục tải liệu tham khão của luận văn

Tác giả

Tạ Hằng Kiên

LOI CAM ON

Tôi xin chân thành căm ơn sự hướng din nhiệt tỉnh của T8 Đảo Quang

Thạch, hội điện lựo Việt Nam đã hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời căm ơn sâu sắc tới các thấy cô đã tham gia giảng day trong khỏa học, các thầy cổ tại Viên Điện, dã tạo moi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn

DANH MỤC BẰNG BIÊU

Bảng 1.1.Bảng tiều thụ năng lượng sơ cấp ở một số ước (năm 1995)

Bang 2.1 Cac khâu thường gặp trong hệ thông điều khiến tự động

Bảng 2.2 Quy tắc biến đổi các sơ đỗ cầu trúc

Đảng 2.3 Các khâu liệu chỉnh trơng mạch phân hội mềm

Bang 4.1 Bang thêng số kỹ thuật của máy biến áp kích từ

Đảng 42 Bằng thông số kỹ thuật của tổ kích từ

11

35 36

Hình 1.1 Hé théng sẵn xuất điện năng - - - - 12 Hinh 1.2 So đồ hơi chức năng quá trình sân xuất điện ở nhà máy nhiệt điện 14 Hình 1.3 Sơ dỗ khối chức năng quả trình sẵn xuất diện ö nhà máy dién nguyén Lit

15

Hình 1.4 Câu tạo của máy phát diện đồng bộ 200cc ¬- 1ình 1.5 Lễ hợp máy phát-tuabim re ¬.-

Hình 1.6 Mặt cắt ngng trục lõi thép rôto - 20

THình 1.7 Sơ để đấu dây xác định đặc tính của máy phát điện đồng bộ - 23

Hình 1.8 Đặc tính không tải của máy phải tuabin hơi (1) senseo.24

Hình 1.9, Đề thị véc tơ và mạch diện thay thé may phat dộng bộ lúc ngắn mạch .24

linh 1.11 Xác định tý sẽ ngắn mạch k à rrrrrrerioeu.28

Hình I.12 Đặc tính ngoài của máy phát điện - - 26

Hình 1.13 Đặc tỉnh diều chính của máy phát diện đồng bộ e 27

Hình 1.15 Xác định đặc tính tải thuần cắm từ đặc tỉnh không tải vả we DB

Tlinh 2.1, So 8 didu khign hé théng điện non —- Hình 2.2 Sơ đỗ cầu Irúc của hệ thống diễu khiển - 33 Hình 2.3, Sơ đỗ cầu trùc của khâu điều khiển cỏ phản hỏi cửng cesses AO

Hình 2.5, Quả trình biến dỗi góc Š theo thời gian

Hình 3.1 Đường cong điện áp V và đường cong kết hợp cho máy phát tai

điện áp phần ứng định mức

Hình 3.2 Hệ thẳng kích lừ một chiều với bộ khuyếch đại quay

Hinh 3.3: 11ệ thông kích từ chính lưu máy phát xoay chiểu

Hinh 3.4 Hé thang kích từ chỉnh li có điều khiển được cung cấp bởi

máy phát xoay chiều

Hình 3.5 Hệ thông kích từ không choi than

Hình 3.6, Liệ thống kích tử chính lưu cỏ điều khiên nguồn áp

Hình 3.7 Hệ thông kích từ chỉnh lưu nguồn kết hợp

Tình 3.8, Iệ thống kích tử tổng hợp có điều khiển

Hình 3.9 Sơ đỏ khối chức năng của hệ thông diễu chỉnh kích Lừ của

máy phát đồng bộ

Hình 3.10 Cầu trúc hệ thông kich từ và TDK tac động tý lệ

Hình 3.11 Cầu trúc hệ TDK khi có đừng thêm phân hỏi tần số máy phát

Hình 3.12 Hệ TĐK lác động ranh

Tinh 3.13 B6 điều khiển PSS loại P và P5S loại £

Hình 3.14 Bộ PSS diều khiển bởi Ao

Hinh 3.15 Bộ PSS hỗn hợp

Hình 4.1 Sơ để nguyên lý của hệ kich từ máy phat nha may thy điện Son La

Hình 5.1 Sơ đỗ khối nguyên lý máy phát và hệ kich từ thủy điện Sơn Ea

1ình 5.2, Thông số may phát thủy điện Sơn La

Hình 5.3 Thông số máy biến áp kích từ

Hình 5.4 Sơ đỗ khối tạo xung mở cho bộ chỉnh lựu - 2s: co c2

dD

60

60 61

Hình 5.5 Sơ đỗ khối bê AVR — ˆ- Hình 5.6 Điện áp ba pha ở đầu cực máy phát khi máy phát làm việc bình thường 27

Hình 5.7 Dòng diện ba pha ở dẫu cực máy phat khi may phat lam việc bình thưởng,

97 Hình 5.8 Dòng diện kich tir may phat khi may phat lam viée binh thudng 98 Hinh 5.9 Điện áp ba pha 6 đầu cực máy phát khi máy phát - .9R làm việc không tải à cnHnieeerrrrrrrirririiorioeu.DB Hinh 5.10 Dàng điện ba pha ở đầu cục máy phát khi máy phát - 99 làm việc không tải ch erererrirarerrierioe.BĐ) Hình 5.11 Dòng điện kích từ máy phát khi mày phát lắm việp không lải 99

Hình 5.12 Điện áp ba pha ở dầu cực máy phát khi có sự cỗ ngắn mach +~ 100 Hình 5.13 Dòng điện ba pha ở đầu cực máy phát khi có sự có ngắn mạch 1 0Ö

Hình 5.14 Dòng điện kích từ máy phát khi có sự có ngắn mạch 101

LOI MO BAU

Hiện nay quả trình phát triển kinh tế xã hội của nước ta dang phát triển mạnh

mẽ, đi cùng với điều đó thì việc đảm bảo nhu câu về công suất và chất lượng điện

xăng là rất quan trọng Các nhà máy, xi nghiệp, các khu công nghiệp ngày càng

phát triển nhanh chóng, đời hới chất lượng điện năng cản phải đấm bão Nhà máy

thủy điện đóng vai trò quan trọng trang chiến lược phát triển nguồn năng lượng của

Quốc gia Do tầm quan trọng như vậy nêu việc vận hành an toàn và hiệu quả nhà

may la cn thiét dé dim bao tinh ổn định chung trong toản hệ thông điện

Đối với máy phát điện thi hệ thống kích tử có một vai trò đặc biệt quan

trọng, nó gớp phân quyết định đến chất lượng điện năng phát ra Nhờ có sự phát

triển ruạnh mẽ cũa kỹ thuật điện tử và tín học ứng dụng mà các hệ thông điều khiến

kích từ mày phát của các nhà máy điện hiện nay đã có những bước tiến vượt bậc

Hệ thống kich từ máy phát cúa nhà máy thủy điện Sơn La là một trong,

những hệ thông hiện đại và có công suất máy phát lớn nhật mước ta hiện nay Một

hệ thống có thể điều khiển tự động hoàn toàn Chính vi vay, dé van hành và khai thác tốt hệ thống thì cần phải cò nghiên cứu phân tích hệ thống một cách nghiệm

túc Và đó oũng là nội đung và yêu câu của đề tài luận văn Trong để tài luận văn sẽ

đã sâu tìm hiểu về hệ thống kích từ của nhá máy thấy điện Son La va sit dung phan

mềm Matlab — Simulink đề mô phỏng hệ thống kích từ của nhà máy

Về mặt cầu trủc luận văn được chủa thánh 5 chương:

«© Chương Ì: Giới thiện chung về công nghệ sân xuất điện năng

©_ Chương 2: Tự dòng hóa và diễu khiển hệ thống diện

®- Chương 3: Ôn định điện áp máy phái và hệ thẳng kích từ máy phái

©_ Chương 4: Hệ thống kích từ mày phát của nhá máy thúy diện Sơn La

e Chương 5: Ứngdụng Matlab — Simulink mồ hình hóa hệ thống kích từ

nhà máy thủy điện Sơn La

10

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG

1.1 Tẳng quan về hệ thống điện

Điện năng là một dạng răng lượng đặc biệt do con người tạo ra và dé dang

sử dụng, trong tụ nhiên cũng tổn tại một số dang năng lượng, tuy nhiên chúng

không sứ dụng được

Điện năng được sẵn xuất bằng cách chuyển các đạng năng lượng sơ c4p nh

Âu, khí đổ),

năng lượng dòng nước (thuỷ năng), năng lượng dạnghôa răng (than,

sức gió, năng lượng mặt trời, nắng lượng hạt nhàn, năng lượng thuỷ triểu, năng

lượng nhiệt của nước ngầm trong lòng đất, thành năng lượng điện Tuỳ vào loại

xũng lượng sơ cấp mà người la chỉa re các loại nhà máy điện chính: nhà máy thuỷ

diện, nhá máy nhiệt diện, nhà raáy diện nguyễn tử Bảng dưới dây cho thay tinh

hình tiêu thụ năng lượng sơ cấp ở một số nước trên thể giới năm 1999

Bảng 1.1.Bảng tiêu tị năng lượng sơ cấp ở một số nước (năm 1999)

'Việc sản xuất và tiêu thụ nắng lượng diện cũng đánh giá tình hình phát triển

của một quốc gia

Ngoàimột số nhà máy điện biến đổi trực tiếp năng lượng sơ cấp thành điện

xũng (nhà máy điện sử dụng năng lượng bức xạ nnặt trời), còn phần nhiều máy phát thời nay biến cơ năng thành điện năng, qua trung gian của từ trường Cơ năng được

cưng cấp cha máy phát gọi là sức kéo, sức kéo này dùng để làm quay may phat Do

Hình 1.1, Hệ thông sản xuất diện năng

1.1.1 Nguần năng heợng sơ cấp

Tả nguồn nẵng lượng có sẵn trong tự nhiên nhưthan, dẫu, răng lượng dòng nước, nẵng lượng sức giỏ, nguồn năng lượng sơ cấp nảy dùng để quay tuabin

(rực tiếp hoặc giám liếp) duge gắn cùng tục với máy phát, do đó sẽ làm quay máy phát và phát ra điện ở dâu cực máy phát, ở nhả máy nhiệt diện thì dùng than và dau

để đưa nóng nước trong lỏ hơi, biến nước thành hơi quả nhiệt và người ta dẫn luổi

hơi quá nhiệt này vào cảnh tuabin lam quay tuabin G nha aay didn nguyên tử thì

về nguyên lý giống nhà máy nhiệt điện, tuy nhiên không dùng than va dầu dé dun nước mà người ta đùng năng lượng nguyên tử để đun nước Còn ở nhà máy thuỷ điện thì người ta lại lợi dụng thể năng và động năng nguồn nước để tao ra dong,

12

chảy qua tuabin, năng lượng chảy của nước làm quay cảnh tuabin Muốn vậy phải đắp đập chắn nước để tạo nguẫn nước có thể năng và động năng lớn, sau đó người

ta tháo nước môi cách chủ động để đông nước chảy qua cảnh tuabin làm cho tuabin

quay

1.1.2 Tuabin

La bé phận biển năng lượng sơ cắp thành cơ năng trên trục quay tuabin Do

trục quay tuabin nổi với trục máy phát nên làm quay roto máy phát để phát ra điện

1.1.3 Máy phát

Là bộ phận trực tiếp sản xuất điện, có nhiệm vụ biển cơ năng từ tuabin thành

điện năng ð đầu cực máy phải Hiện nay máy phái dùng trong các nhà máy điện là

andy phat ding bé, strc dién động do máy phát phát ra phụ thuộc vào hai yếu tỏ: tốc

độ quay của máy phát và từ trường kích từ của máy phát Bộ phận kích thích có xhhiệm vụ tạo ra từ trường ruột chiêu trên cuộn đây kich thích của máy điện dồng bộ

và khi có sự chuyển động tương đối giữa từ trường kích thích và các vòng dây phần

tứng thì sẽ sinh ra trong cuộn dây phân ứng một sức điện động cảm ứng, và đo đó

tạo ở dầu cực máy phát một điện áp cân thiết

1.1.4 Bộ phận truyền tâi điện

Có nhiệm vụ vận chuyển điện năng phải ra từ đầu cực máy phát lới nơi tiên

thụ Ở Việt Nam hiện nay diện năng, phát ra từ các nhà naáy diện quốc gia dược hoà

vào lưới điện quốc gia 500kV,

1.1.5 Các loại nhà mdy điện

a Nhà máy nhiệt điện

Sử dụng nhiệt năng thoát ra khi đốt các nhiên liệu hóa thạch (than, dâu, khi, ) thành điện năng Hiện nay trên thể giới khoảng 709% điện năng được sân xuất

ra từ các nhá máy nhiệt điện.Ở Việt Nam hiện nay các nhá máy nhiệt điện đốt than

lớn nhất là Mỏng Dương 2 có tống công suất lắp đặt 1200MW(2x600MW), Vĩnh

Tân 2 có tổng công suất lắp dat 1244MW(2x622MW), Duyên Hải tco tổng công,

suất lắp đặt 1245A#W (2x622,5MW) Trong tương lai sẽ xây dựng va mé rong

13

nhiều nhà máy nhiệt điện có công suất lớn, tuy nhiên với giá nhiên liệu lên cao như

hiện nay thì việc sản xuất điện tại nhà máy nhiệt điện là tương đổi đất, và gây 4

hiểm muối trường do cókhi thái Than, dầu và hơi điềt còn có thêm nhược điểm là

không tự phục hỏi dược

Quy trình sản xuất điện của nhà máy nhiệt diện thể hiện trong hình vẽ dưới

Bơnn ngưng

THơi sinh ra ở lò hơi là hơi bão hoà, được đẫn vào bộ quá trình biến thành hoi

qúa nhiệt Hơi quả nhiệt dược dẫn vào tuabin dân nỡ làm quay tuabin, tuabim được

nổi với roto máy phát đồng bộ qua khớp ni Roto quay sẽ sinh rađiện ở cực máy

phát Hơi sau khi qua tuabin được dẫn vào bình ngướg tụ sau đó được dẫn qua bình

khử khí rẻi được bơm nước cấp dưa trở lại lỏ hơi

Như vậy ở đây nước chỉ là môi chất trung gian, còn nẵng lượng biến doi chính là năng lượng than ở đầu vào đề biên thành điện năng ở đầu ra

14

ö, Nhà máy diện nguyễn rữ

Tiện nay nhà máy điện nguyên Lử dang phát triển mạnh trên thế giới, đó là

loại nhà máy sử đụng năng lượng phân rã hạt nhân nguyên tử đẻ biển thành điện xăng, Tính đến năm 2000 trên thể giới đã có 432 lò phân ứng lạt nhân phục vụ sẵn

xuất diễn với tổng công suất 362 triệu kW, sản xuất khoảng 17% lượng điện năng, toàn thế giới Ở Việt Nam hiện nay đang có đự án xây đựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận Ï và TT với tổng công suất lắp đặt trên 4000MW Năng lượng hại nhân

là một nguồn năng lượng tuyệt diệu, nhả máy diện hạt nhân có kich thước nhỏ,

kháng gay 6 nhiễm khí quyền, nguyên liệu rẻ Tuy nhiên nhà may dién hat nbat rat đất vì hệ thông an toàn phúc tạp, phí dào tạo rên công cao

Quy trình sẵn xuất điện ở nhá máy điện nguyễn tử gần giống với thả máy

nhiệt diện, dược trinh bảytrên hình 1.3:

'Trong đó: Lò hơi của nhà máy nhiệt điện được thay bằng nhà lò (1) gồm lò

phân ứng hạt nhân (1a) và bình sinh hơi (1b) Tuabin của nhà máy điện nguyên tử thường làm việc ở vùng bão hoà nên không cẩn bộ quá nhiệt

e Nhà máy thuỷ diện

Tả loại nhà máy điện sử dụng thể răng động nước Nó sẵn xuất khoảng 159%

năng lượng diện toàn thế giỏi, nước là nguồn năng lượng sơ cấp tót nhất, vì không, gay ô nhiễm, không mắt tiên mua, và có thế tự hổi nhục được khi có mưa Tuy nha

15

mấy thủy diện đôi hỏi chi phí dầu tư ban dẫu lớn do phải xây dựng các đập cao,

nhưng chỉ phí vận hành nhỏ nên giá thành điện năng là nhỏ nhất, ngoài giá trị sản

xuất điệnhà máy thủy điện còn có ý nghĩa lớn trong vấn để thuỷ lợi, chống lũ Tuy nhiên việc phát triển thêm nhà máy thủy diện cũng dẫn bị hạn chế bởi nhiều

nơi trên thể giới các nguồn nước hầu như đã được sử dụng hết, Ở Việt Nam do đặc

điểm có nhiều sông suối nên rất thuận lợi trong vẫn đễ phát triển thuỷ điện, và hiện nay nhà máy thúy điện lớn nhất là Sơn La với tổng công suất 2400MW, tiếp theo là

Tloa Bình với tổng công suất 1920MW, ngoài ra còn nhiều nhà máy thủy điện vừa

và nhỏ dược xây dụng ở miền Đắc và miễn Trung

Qny trình sản xuất điện năng ở nhả ruấy thuỷ điện đơn giần hon nha may nhiệt điện và điện nguyên tứ, nó không theo chu trinh kin như hai nhả máy nói trên Tước sau khi qua tuabin được trả trở lại tự nhiên

Ngoài ba loại nhà máy điện chính kế trên còn có các loại nhà máy điện sau:

nhà máy phong điện có công suất mối nhà máy vải MỸY, nhà máy điện một trời, nhà máy điện sử dụng năng lượng thuỹ triều có công suất hàng trăm MW, nhà máy điện địa nhiệt và người la cũng đang chuẩn bị xây dựng các nhà máy điện nhiệt lạnh dựa trên cơ sở tông hợp hạt nhân

1.2 Máy phát điện đồng bộ

Mây phát điện đồng bộ được sử đựng rộng rãi rong công nghiệp, phạm vị sử

dụng chính là biển đổi cơ năng thành điện năng Diện nàng được sản xuất từ các may phat điện quay bằng tuabin hơi tuabin khí hoặc tuabin nước Ngoải ra máy

phát điện côn dược kéo bởi gác động cơ sơ cấp kháo như động cơ điề

m, động cơ đốt trong cho các máy phát công suất vừa và nhỏ nhằm phục vụ cho các tải địa

phương, các nguồn dự phòng, các xí nghiệp công nghiệp nhỏ

1.21 Tắc độ quay và sức điện động của máp phát điện

Máy phát điện đồng bộ ba pha là máy có tốc đẻ quay của rồto bằng tốc độ

của tử trường quay stato

16

Trong đó:

Kay: là hệ số dây quân,

W : Số vòng đây của một cuộn day pha

€4»: từ thông cực đại đưới một cục của cực tử

1.22 Cấu tạo về nguyên lý cơ bản

ö, Nguyên lý

May phat dién (G) dược quay bởi tuizm (T)

T cung cấp cơ năng cho máy phát diện G thé hign bang momen co Mco G

nhận Mco và biển thành mômen điện Mua

Hình 1.5, TÔ hop may phat-tuabin Máy phát điện có vận tốc n = nœ = const, tông mômen tác dụng lên trục máy

phát là:

Mco + Maigu = 0 a3)

Dau trtr 6 đây thể hiện sự ngược chiều của hai mômen Mco và Mai nghĩa là

Mags mang tinh ham

Ta có:

Mag, Piss

Trong dé Pagan: la céug sual dién

Vay Pa¿› đặc trưng cho Ma, và khi máy phát điện có mômen điện mang tính ham tie la may phat điện phát ra P khi làm việc bình thường, máy phải điện phát ra nang lượng hữu ích, nén công suất phát được cơi là những số đương,

Khi khép mạch cuộn dây AX, BY, ỞZ qua lõi đối xứng Ở¿ 7p = Ÿclrong

cutn day AX, BY, CZ có đóng Ïa,Ïa, Ìc lệch pha nhau về thời gian 1209 điện vị AX,

BY, CZ dat Iéch nhau trong khéng gian 120độ còn Ï.Ïp,Ì; sinh ra từ trường quay

18

với vận tỐ (0ø — Gan

Vi tốc độ rÔIo we = ow nên từ trường sinh ra ở stato không quét rôto, do đó

trong rồto không có dòng cảm ng mà chỉ có đêng kích thích một chiều

Trong chế độ làm việc bình thường máy phát điện làm việc đổi xứng, tức là đóng lệch pha nhau 120° với cào môdun Ìx,Ì»,Ïc bằng nhau

Nếu lấy la lâm gốc thì ta có hệ đòng dỗi xứng như sau:

Máy phát điện cựo ẩn quay nhanh, tức là có nà» lớn do đó kich thuộc máy

gọn nhẹ, tiêu hao nguyên liệu trên một đơn vị công suất nhỏ Do quay nhanh lực ly tâm của rốto khi quay rất lớn nên rôtô phải bên, thường gia công bằng rèn liên khối

Đường kính rôto phải nhỏ thường không lớn hon 1,1 1,5m để giảm quản

19

Tình 1.6 Mặt cắt ngang trục lõi thép roto

Dây dẫn kich từ trong rãnh rôto được chế tạo từ đây đẳng trần, tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mông thành các bối đây đồng lâm Các vòng đây quân này dược cách diện với nhau bằng một lớp mica mỏng, Dây quan kích từ nằm trong, rãnh được cố định và ép chặt bằng nồi, ở ngoài ranh được đai chặt bằng các ông trụ thép Hai đầu của dân quần kích từ dĩ luôn trong trục và nói với hái vành trượt đặt ở đầu trục thông qua hai chỗi điện, nổi với dòng kích từ một chiều Dòng điện kích từ xnột chiều thường được cung cấp bởi một máy phat điện một chiều hoặc xoay chiêu được chỉnh lưu (có hoặc không có vành trượt), nối tục với máy phát điện

Slato của máy phát diện ba pha cực ấn bao gồm Ni thép Trong có đặt dây quan ba pha, ngoài là thân và vỏ máy, Lõi thép stato được ghép vả ép bằng các tâm

tôn silic đây 0,5 (ram), khoảng 3 (em) đến 6 (em) lại cẻ một rãnh thông gió ngang, trục, rộng L0 (nun), Lõi thép stato dược dặt cô định trong thân máy Các máy có

công suất trung binh va lon, thin may được chế tạo theo kết cấu cực ẫn được sử

dung cho cac may phát điện của nhà máy nhiệt điện với ưu điểm là kết cầu nhỏ gon,

độ cao

chắc chắn phù hợp với tổ

1.3.2 Máy phải điện cực lỗi

May phát điện cực lỗi được chế tạo cho các máy phải điện có lốc độ quay

và gia công thành khối hình trụ trên mặt có dặt cực tù Với các máy lớn, lõi thép

được chế tạo từ các tâm thép dày 1 - 6mm dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép

thành các khối lãng trụ Cực từ dặt trên lõi thép rôtor dược ghép bằng những lá thép

dây 1 - 1.5mm

Tây quần kích từ được chế †ạo từ dây đồng trần tiết điện hình chữ nhật quân

theo chiều mông thành từng cuộn dây, Cách điện giữa các vòng dây là cac lap mica

hoặc amiang Sau khi gia công, các cuôn đây được lổng vào thân cực

Dây quân cần của máy phát điện được đặt ở trên các đâu cực có cầu tạo nÏưự

đây quản kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làm bằng các thanh

đồng đặt vào rãnh các đầu cực và hai đầu nổi với lai vành ngắn miạch

Slato của máy phát điện cực lỗi có cầu tạo như ở máy phát diên cục ấn Để dam bao van hành én định, ngoài các yêu cầu chặt chế đối với kết câu về điện Các

kết cầu về cơ học và hệ thắng làm mát cũng được thiết kể ché tao phù hợp tương

thích với từng loại máy phát điệu, đáp ứng được môi trường và chế độ làm việc

máy phát điện có cổng suất nhỏ lảm mát bằng gió, cỏ các khoang thông giỏ lắm mắt được thiết kế chế tạo nằm giữa vỏ máy và lõi thép stator Đầu trục của máy được gần một cảnh quạt gió để khi quay không khí được thối qua các khoang thông gió

xảy Vỏ máy ngoài ra cũng được chế tạo với các sống gân hoặc cánh toả nhiệt nhằm

làm tăng điện tích bế mặt trao đối nhiệt cho máy Phố biến nhất lá các máy phát

điện dược làm mái bằng nước hoặc bằng khi và được ấp dụng cho các máy có công

suất từ vải chục kW trở lên Với máy phát điện công suất lớn (có đường kính roto

lớn bơn Tin) người la chứa lá tôn ra nhiễu mảnh gọi lá sec măng để dập, sau đó ghép

lại bao gốm

*§ec ming cách diện

*Sec măng ép ở hai dầu

*Sec măng chính đề tạo thành lõi sắt dẫn từ

*§cc răng thông giỏ dễ tạo thành các rãnh thông giỏ

Trục của máy phát điên có thể đặt năm ngàng như các máy công suất nhổ, với các máy tuabin mưóc công suất lớn, tốc độ chậm, trục của máy đặt thẳng đứng,

1.4 Phương trình của máy điện dồng bộ

1.41 Phương trình điện áp ca máy phát điện đồng bộ cực én

~ xe la khang tan (x)

- xu điện kháng phần ứng (điện kháng chính của máy)

- R điện trở dây quần pha stato Phương trinh mach réto

1.42 Phương trình điện áp của máy phát điện đẳng hộ cực [Bi

Khi khảo sát máy đồng bộ cực lỗi phải phân tích đồng điện thành hai thành thần: thành phân đọc trục (Í¿) thành phân ngang trụo (Ï„)

Ïạ—Ï osư

Với v - là góc lệch pha giữa Ès và Ì (0° << 90")

UW=Ey-R 1 -j Ge | Xu) La-j (te | Xam) ly q10)

voil-ict i,

Suy ra

U- Eo R Lj xa Ïa-jxg Íạ qb Trong đó

điện kích từ is, hệ số công suất coso, tan số Ÿ hoặc tốc độ quay n Trừ tần số

Iuéngitt f = funva cos = const do tai bên ngoài quyết định, từ cáo đại lượng LỊ, 1, í

có thể thành lập được các đặc Lính sau đây của máy phải đồng bộ

1 Đặc tính không lãi U - Fo - f(i4), khí T— 0; f= fam

2 Đặc tính ngắn mạch Iạ = f(i) khi u = 0: f= făn

3 ĐãetinhngoảilU R)khil conl,eoso consL[ lấm

4 Đặc tính điểu chỉnh (1) khi cong, eoso const, [Cam

5 Die tinh tai U - (a) kh T— const, cos — const; [— fan

Từ các đặc tính trên cỏ thế suy ra các tính chât quan trọng của máy như tỷ số ngắn mạch k, độ thay đổi điện áp AU và các tham số Xa, Xa, Xue

Ta có thể dùng sơ dỗ thí nghiệm như hình 1.7 dễ xác dịnh các đặc tính của

máy phát

Hình 1.7 Sơ đề đấu dây xác định đặc tỉnh của máy phát điện đồng bộ

LOL Dae tinh khong tai

Đặc tính không tải là quan hệ Eø — Uo ~ fi) hi - 0-va £— fim

Hinh 1.8 Đặc tính không tải của may phat tuabin hoi (1)

và máy phil tuabin medc (2)

Đặc tính không tải là quan hệ giữa sức điện động cảm ứng E ở cuộn dây

srato với dòng điện kích từ khi dòng điện tải bằng không lẫy đơn vị tương đối

E 4.12)

da

E va ig

Trong đó: há» là đồng điện kích từ không tải khi Ua» Chú ý rằng trạch

tử của máy phát diệntuabin hơi bão hoà hơn mạch tử của máy phát diện tuabin

nước, khi Ip = H = 1, đối với máy phát tuabin hơi kụ= K„ = 1,2, còn đối với máy

Lúc ngắn mạch phản ứng là khử từ Mạch từ của máy không bão hoà vi

tìhông khe hở không khí Øœ cần thiết để sinh ra — Ê¿ — Ì Xu, — Ï Xu rất nhỏ Nhu

vậy quan hệ I— f(ñn) là đường thẳng như hỉnh 1.10

i

1Tình 1.10 Dặc tính ngắn mạch

Tý số ngắn mạch: K là tý số giữa dong điện ngắn mạch lạ; ứng với dòng điện

kích thích sinh ra suất điện động Eạ — Láakhi không lãi với dòng điện địmh mức Tạm

Trong đỏ: xạ trị số của điện kháng đẳng bộ đọc trục cùng với Eạ = ân

Thay trị số Ta; theo (1.13) tá có:

Kalin

Thường xe> 1 do dé K < 1 va đòng điện ngắn mạch xác lập Ia< lam Vi vậy kết luận dòng diện ngắn mạch xác lập của máy phát diện dễng bộ không lớn, sở dĩ như vậy là do tac dụng khử từ rất mạnh của phân ứng Từ hình 1.11 dua vac tam

giác đồng dạng biểu điễn tỷ sổ ngắn mạch k như sau:

K = 0,8 - 1,8 với máy tuabin nước

K.=0,5 - 1,0 với máy phát tuabin hơi

1.5.3 Đặc tỉnh và độ thay dỗi điện áp AUâm của máy phát đằng bệ

Dic tinh ngoat Ja quan hé Ù = f(1) khi constcosoœ corgl,[ [ám

cosp = 0,8 (Ơi dung)

Dic tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tai, khi tdi cd tinh cim thi I ting,

phan ứng khử từ của phân ứng tăng, điện áp giảm theo đường biểu điển đi xuống

Ngược lại tải có Linh đưng khiT tăng, phẩn ứng phần ứng là trợ từ, điện áp lăng và

đường biểu diễn di lên

1.5.4 Đặc tỉnh điều chỉnh

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ k = f() khi U= coust; cosp = const; f = fam

Nó cho biết hướng điều chỉnh dòng ¡ của máy phátđiện đẳng bộ đẻ giữ điện áp Ư=

1lình 1.13 Dặc tính điều chỉnh của máy phải điện đồng bộ

Ta thấy với tải căm Ehi | ting, tac dụng khử từ của phản ứng phần ing ting lam cho U bị giảm Đề giữ cho U không đổi phải tăng động điện từ hoá ngược lại

ở tái diện dụng khi 1 tăng, muốn giữ U không dỏi phải giảm š Thông thường cosoam

= 08 nên từ không tải (U = Use = 0) dén tải định mức (U = Ưa«, I = la» phải tầng, dòng diện từ hod i, ương khoảng 1,7 + 22 lầu

1.5.5 Đặc tĩnh tãi

Độc (inh lãi là quan hệIJ fŒ)khil cemseose const; 1 fan voi cde bị

số khác nhau của Ï và cosp sẽ có cáo dặc tỉnh tái khảe nhau, trong dó cỏ ý nghĩa nhật là diac tính tải thuần câm ứng với eose = 0 và I = làn

ie a

Tình 1.15 Xác định đặc tinh tai thuân cảm từ dặc tính không tâi va

tam giác điện kháng

Đặc tính tải thuần cam có thể suy ra dược từ dặc tỉnh không tải và tam giác điện kháng, Khi máy làm việc ở chế độ ngăn mạch sức từ động của cục từ P„ = OC gém hai phân: một phân đề khắc phục phân ứng khử từ của phân ứng BC = Ki Eui

sinh ra Họa, phân còn lại OP, OC - BƠ sẽ sinh ra súc điện động lân tù Fe Tàn Xe,

= AI (A nằm trên đoạn thắng của đặc tính không tải được I vì lúc đó mạch từ

không bão hoà)

Tam giác ABC dược hình thành như trên dược gọi là bưu giác điện kháng

các cạnh BC và AB của tam giác tý lệ với dòng tái định mức lam Đem tịnh tiến tam

giác điện khang ABC sao cho điểm A tựa trên đặc tính không tai C sẽ vẽ thành đặc

tỉnh thuần câm Nếu các cạnh của tam giác điện kháng được vẽ tÿ lệ với đông điện

tải L= lạm thi dic tinh tai thuan cm U — f(ie) là ứng với la» Thực tế đo ảnh hưởng

28

của bão hoà đặc tính tải thuần cấm có dạng đường nét dứt Nguyên nhân là do sự

khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng

* Nhận xét:

Tinh bình phát triển nguồn: xuất hiện các máy phát lớn có các hệ thông điều khiến, điêu chinh phức tạp Do vậy ta cân nghiên cứu về các vẫn đẻ tự động hỏa và điều khiển hệ thống điện, vin để ổn định điện áp máy phát và điều chính kích từ

máy phát

CHUONG 2: TU DONG HOA VA DIEU KHIEN HE THONG DIEN

2.1 Nhiệm vụ chung về tự động húa trong hệ thắng điện

21.1 Đặc điễm củu việc điều khiễn hệ thẳng điện

Các hệ thống điệu hiện dai mang day do những đặc thù của hệ thống lớn,

trang đó có: tính rộng lớn vẻ phương diện lãnh thổ, phức tạp về cấu trúc, đa mục

tiêu, cldu ảnh hướng mạnh của sự bắt định về thông tín, quá tình sẵn xuất, truyện tải, phân phối và sử dụng điện năng xây ra trong thời gian thực Sự thay dỗi chế độ của một phần tử nào đó đều có thế ảnh hưởng đến các phản tử khác trong hệ thông

Cáo phản tử cắn thành của hệ thông lớn này liên hệ rất chặt chế với nhau về

câu trúc, về quan hệ năng lượng và quan hệ thông tin, điều khiển

Hệ thông điện hoạt động theo những quy luật xác đính, tại mỗi thời điểm hệ thống ở một trạng thải xác định với một tập hợp tương ứng các trạng thải của các

phan ti trong hé thông Số lượng các phản tử trong hệ thông điện thường rit lon,

kéo theo số trạng thái có thể phân biệt được của hệ thông cũng rất lớn Vì vậy để

thực hiện việc điều khiển người ta thường sử dựng phương pháp chia cắt hệ thông

lớn ra thành nhiều hệ thông con Việc chia cắt có thế thục hiện linh hoạt theo lãnh

thé, theo cấp điện áp hoặc theo nhiệm vụ điều khiển (công suất tác dụng, công suất phản kháng, diện áp, tân số v.v ) Việc diều khiến chế độ làm việc bình thường, cững như xử lý các tỉnh huồng sự cổ và sau gư cố được thực hiện bằng mạng lưới điều đô hệ thống điện Các đơn vĩ diều đỏ dược phân cấp (quốc gia, khu vực, địa phương), liên hệ giữa các cấp điều độ được thực hiện bằng hệ thông thông tin điện

lực, mỗi cấp điều khiển xử lý các đữ liệu, sắp xếp c él cho cap

¿ thông tin ean thi

trên vả trayén dén những dịa chỉ cần thiết Tin hiệu điều khiển (lệnh diều độ) được truyền xuống cấp đưới theo chiều ngược với chiều thông tin dữ liệu, trong một số trường hợp cân thiết, có thế truyền đồng thời đến nhiều đối tượng thực hiện khác

nhau

Hệ thông diện ngày càng phát triển, nhiệm vụ câu trúc của hệ thống diễu

30

khiển cũng ngây cảng phức tạp thêm, lượng thông tia cần xử lý ngày cảng ting,

Đến một giai đoạn phát triển nào đó có thế phát sinh những khỏ khán đói hồi phải

sử dụng không những nửnều phương liên kỹ thuật mới rà còn cỗ những phương,

pháp diều khiển và phân mềm img dung mới

31.2 Nhiệm vụ diều khiễn hệ thông điện

Điều khiển hoat động của hệ thông điện bao gồm những nhiệm vụ chính

sauđầy:

1

8

Tião vệ các thiết bị cao áp quan trọng,

Điều khiên và Hên động các khí cụ đóng cắt

Dinh vi sw cé và phi chép các thông số quá độ

Tiên thị các thông số, trạng thái vận hành và cảnh báo

Kiểm tra đồng bộ và hòa đồng bộ

Tự động đóng lại và tự động khôi phục chế độ làm việo bình thường,

Cat tải và điều khiển phụ tai

Tự động điều chỉnh điện áp và công suất phân kháng

Tự động điều chính tân số vả công suất tác dụng,

10 Thu thập và xử lý đữ liệu, đưa ra các tác động điều khiến

Tủy theo yêu cầu điều khiển và đối tượng được điều khiển người ta có thể sử

dụng những hợp bô (hệ théng) thiết bị điều khiến sau đây:

~ Hệ thống điều khiểu nhà máy dién (Plant Control System - PCS)

~ Hệ thống điều khiểu trạm (Substation Contrel System - SƠ8)

- Hé thang điêu khiến phụ ti (oad Manapement System - I.MS)

-_ Hệ thống thu thập, xử lý và hiến thị đữ liệu (Super Visory Contrel and

Data Acquisition System - SCADA)

31

Hinh 2.1 So dédiéu khién hé thông điện

- Hé théng diều khiển quả trình năng Ivong (Energy Management System -

Cáo trường hợp điều khiển này có thể được sử dụng riêng lễ hoặc kết hợp

trong một hệ thông điển khiển thông nhất (hình 2 1)

Việc kết hợp này làm tăng độ tin cậy, độ sẵn sảng và khả đụng của hệ thống điều khiển, đẳng thời cũng làm giảm kích thước và diện tích chiếm chỗ của thiết bị

điều khiến

2.1.3 Yêu cầu đổi với quả trình diều khiên trong hệ thống diện

Các thiết bị điều khiển trong hệ thống điện được phân chia thành hai nhóm lớn: các máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin và các máy điêu chỉnh điện áp

BCN | 7

Hình 2.2 Sơ dỗ cầu trúc của hệ thông diễu khiển

Sơ dễ cầu trúc của một máy diều khiểntrình bảy trên hình 2.2a, trong đó Z, tác động nhiễu gây nên bỏi sự thay đối chế độ làm việc của đổi tượng (ĐT) được điều chính, chẳng hạn nhờ tải của rráy điện Do sự thay đổi của 7„ thông số Ä của đối tượng điều khiển (chẳng, hạn như diện áp trên đầu cực máy phát diện) sẽ thay đổi Bộ phận đo lường không đo trực tiếp trị số của nhiễu, tuy nhiên đại hrợng nhiễu

được phản ánh trong giá trị của XÃ, giá trí này được sơ sánh với trị số dill Xa của máy

điều khiển tự động Nếu có độ lệch giữa đại lượng đặt vả trị số thực tế thì ở đầu ra

của bộ phận đo lường sẽ xuất hiện tín hiệu điều khiến tác động lên bộ phận thừa

hành (TH) dễ thay dỗi đại lượng cần diểu chỉnh theo lượng bử lại tác dòng của nhiễu Việc kiểm tra độ lệch của X bằng khâu đo lường được thực hiện thông qua

mach phan héi

Trong một số trưởng hợp có thể sử đụng trực tiếp trị số cửa nhiều Z, làm tác

động diều khiển, hoặc kết hợp giữa trị số của nhiễu và đó lệch tỉn hiệu làm tác doug điều khiển (hình 2.2b) Trong sơ để điều khiển theo tác động của nhiều người ta sử

đụng khâu biển đối che năng (BCN) đề chuyến nhiễu thành tin hiệu điều khiển tác

động lên đối tượng trong diễu khiển Sơ dễ diều khiển kết hợp giữa trị số của nhiều

và độ lệch tin hiệu thường có độ chính xác cao và tác động nhanh, các khâu trong

hệ thống diéu khiến có thế là thụ động hoặc chủ động Trong các khâu thụ động, không cỏ nguồn vả tín hiệu đầu ra là một hàm được biến đôi của tín hiệu đâu váo

Trong các khâu chủ động để khuếch đại tín hiệu người ta đủng thêm cáo nguồn

năng lượng phụ

Mức độ khuếch đại được đặc trưng bằng quan hệ giữa trị số của tín hiệu dau

za U2 va tín hiệu dẫu vào Ứ, được gọi là hệ số khuếch dai K

33

khiến hoặc bản thân đổi tượng điền khiến làm cho sự phân bế năng lượng trong hệ

thống sẽ diễn biến phức tạp Quá trình quá độ khi diễu khiển có thẻ diễn biển không, thuận lợi, chẳng hạn như mắt ồn định

Đặc tính thời gian của thiết bị điều khiển tự động, có thể nhận được & dang

phương trình toán tử, lời giải ở các phương trình nay cho ta hình ảnh về diễn

Điểncủa quả trình quá độ theo thời gian Chẳng hạn khi dóng diện áp Ủ vào mạch RC nếi tiếp ta có phương trình sau:

Trong đó T = RC - bằng số thời gian của mạch

Quan hệ giữa đại lượng đâu ra vả đầu vào của rnột khâu được biểu điển ở

đạng toán tử được gọi là hàm truyền đại của khôn Cúc khâu thường gặp trong hộ

thống tự động điều khiên, sơ dỏ thay thẻ và phương trình cũng nu dặc tỉnh của

chúng trình bảy trong bảng 2.1

Théng thường máy điển khiến tự động gồm một số khâu chức năng, khi ây hàm truyền đạt tổng phân ảnh đặc tính tổng của Lât cả các khâu Khi các khâu được ghép nói tiếp, dầu ra của khâu trước là dầu vào của khâu tiếp theo

Quy tắc biển dỗi các sơ đỗ cầu trúc gốm nhiều khâu trình bảy trong bảng 2.2,

trong đó G và D là toán tử của các khâu tương ứng của máy tự động điển khiến, chẳng hạn môi sơ đổ cầu rứo gốm ba khâu bậc nhất nối tiếp nhau lượng ứng với hệ

34

Đối với các hệ thống điểu khiển co phan hối người ta phân biệt phán hỏi âm

và phản hồi đương, phân hỏi âm khi tín hiệu đầu ra của khâu được đua trở lại đầu

vào của khâu trước đó, tin hiệu phân hỏi có dâu ngược với tín luệu đâu vào, còn

phan hồi đương khi cá hai tín hiệu cùng dấu

Bang 2.1 Các khâu thưởng gặp trong hệ thống điều khiển tự động

Loại Sơ để vi du Phương trình của khâu Đặc tính cỗa khâu

uy

Bang 2.2 Quy tắc biến đổi các sơ đồ cầu trúc

Sơ để ban đầu So để đẳng trị Phương trình

suốt quá trình làm việc bình thường cũng như quá độ, phản hổi mềm chỉ tác động

trong quá trinh quá độ Các phần tử tham gia vào mạch phán hỏi mềm dược gọi là

phân tử hiệu chỉnh Khững phần tử hiệu chỉnh thường gặp trong sơ để máy điều

khiến trong tự được trình bày trong bảng 2.3

Trong hệ thông điện thường gặp các loại bộ điển khiến tác động tỷ lệ Trong,

lệ với dộ lệch của thông số

bộ điều khiển tác dộng tý lệ, tin hiệu dẫu ra của máy

AX ở đầu vào của bộ phận đo lường và tín hiệu đặt Iệ số khuếch đại K của bộ điều

khiến cảng lớn thi độ lệch của thông số cần diéu khiến càng bé Do đỏ sự tổn tại của

độ lệch AX là điều cân thiết cho máy điều khiển lam việc Vì hệ số khuếch dai K

36

thường bị hạn chẻ theo diéu kién ổn định nên wi sd AX luén luôn khác hay luôn

luôn tồn tại sai lệch tĩnh

Độ lệch tương, đổi của đại lượng được điều khiển khi chế độ làm việc của đổi

tượng thay đổi từ không lãi đến định mức được gọi là sai số tĩnh cửa đắc tuyến điều

khuển

Trong đồ

xu - đại lương, đầu ra của đối tượng

xaa - đại lượng đầu ra của đối tượng khi định mức

Bang 2.3 Các khâu hiệu chỉnh trong mạch phân bôi mẫm

Sai số tĩnh tất nhiên ảnh hưởng dén độ chính xác của đại lượng được diều

khiến vả do vậy được hạn chế thấp hơn trị số S„«„ Từ sai lệch tĩnh Sm„ cho trước,ta

tỉnh được hệ số khuốch đại của hệ thống

nhanh của máy

Gọi Gíp) là hàm truyền đạt của mạch chính trong máy điển khiển, còn D(p)

là lâm truyền đại của mạch phản hôi, thì tín hiệu phân hỗi có thể biểu điển như

míp) ~ D@œ).Ua(p)

Phương trình của hệ thông có phân hỏi

Une) GŒ)[Das(p) -TMp)UafI

38