Bài giảng chuyên đề tự động điều chỉnh U và phân phối Q

HTKT cơ bả là cung cấp IDC cho cuộn dây tạo từ trường của MĐ đồng bộ.HTKT được điều khiển và BV nhằm đáp ứng Q cho HT thông qua điều khiển U bằng cách điều khiển kích từ Ikt Chức năng đi

OVERCURRENT PROTECTION OVERVIEW

I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ (HTKT)

Điện áp sụt giảm có thể dẫn đến:

-Giảm khả năng truyền tải điện của đường dây

-Giảm hiệu quả phát sáng của các đèn chiếu sáng

-Quá tải công suất phản kháng ở các nguồn điện

-Mất ổn định ở các MF làm việc song song

Còn quá điện áp có thể gây già cỗi cách điện của các TBĐ, làm

tăng dòng rò và có thể làm hư hỏng thiết bị

Duy trì U ổn định là biện pháp đảm bảo chất lượng điện năng của HTĐ U có thể được duy trì ổn định nhờ các phương pháp vận hành hợp lý Cũng có thể duy trì ổn định nhờ các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ của MF và máy bù đồng bộ, thiết bị tự

HTKT cơ bả là cung cấp IDC cho cuộn dây tạo từ trường của MĐ đồng bộ.

HTKT được điều khiển và BV nhằm đáp ứng Q cho HT thông qua điều khiển U bằng cách điều khiển kích từ Ikt

Chức năng điều khiển bao gồm: điều chỉnh U, phân bố công suất, nâng cao ổn định HT

Chức năng BV là bảo đảm sự đồng bộ, HTKT và các thiết bị khác không vượt quá giới hạn

trì Ura và giữ cho Ura biến thiên trong phạm vi cho phép

I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ (HTKT)

Bộ ổn định

Tới hệ thống

Bộ kích từ: cung cấp IDC cho cuộn dây tạo từ trường của MĐ đồng

bộ, tạo nên công suất của HTKT

Bộ điều chỉnh điện áp AVR: xử lý và khuếch đại tín hiệu điều

khiển đầu vào là U đầu cực MF tạo ra cách thức thích hợp điều

khiển bộ kích từ

Bộ biến điện áp ra và bù tải: cảm nhận U đầu cực MF, chỉnh lưu

và lọc thành DC, so sánh với trị số đặt là U đầu ra mong muốn Bộ

bù tải còn có thể được cung cấp nếu muốn U không đổi tại điểm xa đầu cực MF

Bộ ổn định hệ thống công suất: cung cấp thêm tín hiệu ở ngõ vào

để hạn chế dao động công suất của HT Tín hiệu thường là độ lệch tốc độ rotor, sự tăng công suất và độ lệch tần số

Bộ hạn chế và bảo vệ: gồm một HT điều khiển và BV rộng nhằm đảm bảo bộ kích từ và MF đồng bộ không vượt quá giới hạn

1.1 Các loại HT kích từ

a Hệ thống kích từ một chiều

1.1 Các loại HT kích từ

b Hệ thống kích từ xoay chiều

1.1 Các loại HT kích từ

c Hệ thống kích từ tĩnh

1.2 Đánh giá đáp ứng động của HTKT

Điều khiển (bộ điều chỉnh)

Khuếch đại công suất (máy kích từ)

Thiết bị (MF và

hệ thống điện)

Các phần tử hồi tiếp

Σ

a Đo lường đặc tính tín hiệu lớn

1.2 Đánh giá đáp ứng động của HTKT

b Đo lường đặc tính tín hiệu nhỏ

II NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

2.1 Bộ điều chỉnh AC và DC

Bộ điều chỉnh AC:

Chủ yếu duy trì điện áp stator MF

MF thông qua bộ điều chỉnh AC

Các nguyên tắc làm việc của bộ điều chỉnh điện áp

Điện áp đầu cực của MF:

a điều chỉnh theo modun dòng stator MF (|I F |)

Theo nguyên tắc này, dòng điện kích từ là hàm số của trị số dòng stator máy phát: If=f(|IF|)

F

Khi IF thay đổi tăng lên làm cho UF giảm Đồng thời làm cho

dòng kích từ If tăng lên theo biểu thức:

If=f(|IF|)Kết quả là EF tăng lên tỷ lệ với lượng tăng của IF do dòng kích từ tăng bù lại Do đó mà điện áp đầu cực MF UF luôn ổn định

a điều chỉnh theo modun dòng stator MF (|I F |)

Đồ thị cho thấy tác dụng của bộ điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị cosφ

Với cùng một giá trị |I F | như nhau nhưng phụ tải nào có cosφ nhỏ

sẽ làm chu UF giảm nhiều hơn

Do đó không thể duy trì điện áp như nhau đối với các phụ tải

khác nhau mặc dù có cùng giá trị |I F |

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tác động nhanh

Nhược điểm: là tác động theo nhiễu, không có phản hồi để kiểm tra và đánh giá kết quả điều chỉnh

Không phản ứng theo sự thay đổi của điện áp và cosφ nên không thể duy trì UF=const

Do những nhược điểm mà phương pháp này hiện nay không còn được sử dụng

b điều chỉnh theo dòng stator MF If=f(I F)

Khắc phục những nhược điểm của phương pháp trên, phương pháp điều chỉnh theo dòng điện toàn pha của MF còn gọi là compound pha

Compound pha thực hiện việc điều chỉnh kích từ MF không chỉ theo dòng điện mà còn theo điện áp và góc lệch pha giữa chúng

b điều chỉnh theo dòng stator MF If=f(I F)

Phương pháp compound pha cũng tác động theo nhiễu nên không thể giữ điện áp của MF không đổi, cần có hiệu chỉnh phụ

Do đó phương pháp này cũng ít được sử dụng

c Điều chỉnh theo độ lệch điện áp (corrector điện áp)

Là thiết bị điều chỉnh kích từ tác động theo độ lệch điện áp (∆Uf)

Thường kết hợp với compound kích từ để điều chỉnh U ở đầu cực

MF một cách hiệu quả

Tuyến tínhPhi tuyến

Phần tử phi tuyến tạo nên Ipt

phụ thuộc không tuyến tính

vào UF

I

c Điều chỉnh theo độ lệch điện áp (corrector điện áp)

Phương pháp này đơn giản,

hiệu quả với các MF có U

thấp, I nhỏ Thường dùng

trong các MF có công suất

khoảng vài MVA hay MF

không quan trọng trong việc

ổn định hệ thống

Thường sử dụng các thông số sau để đặc trưng cho chế độ không

bình thường: độ lệch điện áp và tần số, tốc độ thay đổi địên áp và tần số, tốc độ thay đổi dòng rotor:

If = k∆U∆U + kU’U’+ k∆f∆f + kf’f’ + kI’rI’r

K là hệ số khuếch đại các phần tử theo quy luật điều chỉnh

Phương pháp này tối ưu, thường dùng trong các MF công suất lớn, các MF làm việc song song của các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện

II NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

Thông thường tín hiệu ngõ vào của bộ ổn định HTĐ là tốc độ của trục, tần số và công suất ở đầu cực

Bộ kích từ và

AVR

Σ

II NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

2.3 Bộ bù phụ tải (bộ tạo đặc tuyến)

AVR bình thường điều chỉnh U đầu cực MF không đổi Đặc

tuyến điều chỉnh UMF là đường thẳng không phụ thuộc vào phụ tải MF gọi là đặc tuyến độc lập

Đôi khi bộ bù phụ tải được thêm vào để điều khiển điện áp không đổi tại một điểm bên trong hay bên ngoài MF Khi đó đặc tuyến điều chỉnh UMF là đường dốc lên hoặc xuống được gọi là đặc

tuyến phụ thuộc dương hoặc âmUF

II NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

2.3 Bộ bù phụ tải (bộ tạo đặc tuyến)

Bộ bù có thể thay đổi Rb, Xb dựa theo trở kháng giữa cực MF và tại điểm mà U cần điều chỉnh theo ý muốn độ lớn điện áp được

bù để cung cấp cho bộ AVR là:

II NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

2.3 Bộ bù phụ tải (bộ tạo đặc tuyến)

Tạo đặc tuyến phụ thuộc âm, bộ bù điều chỉnh U tại điểm xa đầu cực MF dùng để bù cho U rơi trên MBA tăng khi có 2 hoặc nhiều

MF nối với từng MBA riêng lẻ

Thông thường trong các trường hợp điện trở Rb được bù rất nhỏ nên có thể bỏ qua

bộ tạo đặc tuyến có nhiệm vụ tạo độ dốc cần thiết của đặc tuyến điều chỉnh UF=f(IF) Nói cách khác, bộ phụ tải là bộ phận làm thay đổi độ dốc đặc tuyến làm việc của MF điện

-Khi MF làm việc riêng biệt thì đặc tuyến cần điều chỉnh là độc lập

-Khi MF làm việc song song thì các MF làm việc với đặc tuyến phụ thuộc dương

-Khi MF nối bộ với MBA tăng thì đặc tuyến điều chỉnh là phụ

III CÁC BỘ HẠN CHẾ VÀ BẢO VỆ

3.1 Giới hạn khả năng phát công suất kháng

1 đường cong khả năng phát công suất phản kháng

MF đồng bộ thường có công suất biểu kiến phát ra cực đại và hệ

số công suất (0,85 đến 0,9) mà chúng có thể hoạt động liên tục không bị quá nhiệt

Công suất tác dụng ở ngõ ra được giới hạn bởi khả năng của ĐC

sơ cấp với trị số công suất biểu kiến định mức

Khả năng phát ra công suât phản kháng liên tục ở ngõ ra được

giới hạn bởi 3 yếu tố: giới hạn dòng phần ứng, giới hạn dòng

kích từ và giới hạn nhiệt vùng biên

Năng lượng tổn hao này cần loại bỏ để tránh tăng nhiệt trong dây

quá giới hạn nhiệt

Công suất phát tính theo đvtđ là:

E X

ad

F f S

X

E i X

Quan hệ giữa P-Q đối với Ikt là

đường tròn tâm trên trục Q

F/Xd và

có bán kính là (Xad/Xs)/EFif

Mặt khác; khi thiếu kích từ, Φ sinh

ra do IF cộng với Φ sinh ra Ikt vì

vậy từ thông vùng biên tăng làm

tăng từ thông hướng tâm sinh ra hiệu

ứng nhiệt có thể rất lớn ở ngõ ra MF

Giới hạn nhiệt vùng biên trình bày

2 đường cong điện áp V và đường cong tổng hợp

Đường cong điện áp V là những đường cong trình bày mối quan

hệ giữa dòng điện phần ứng và dòng điện kích từ tại điện áp đầu

III CÁC BỘ HẠN CHẾ VÀ BẢO VỆ

3.2 Bộ giới hạn (BGH) thiếu kích từ

Dùng để ngăn chặn sự giảm kích từ của MF tới mức mà ở đó giới hạn ổn định tín hiệu nhỏ hoặc là vùng giới hạn nhiệt lõi stator bị vượt quá

Tín hiệu điều khiển BGH thiếu kích từ là sự kết hợp U và I hoặc là

P và Q của MF Nếu vợt quá giá trị đặt thì tác động

Một số BGH hoạt động theo sai số điện áp của bộ AVR

Nếu cả hai bộ AC và DC điều không làm giảm Ikt đến giá trị an toàn thì BGH sẽ tác động cắt bộ MC kích từ và MF.

III CÁC BỘ HẠN CHẾ VÀ BẢO VỆ

3.5 Mạch diệt từ

Bộ chỉnh lưu không dẫn theo chiều ngược lại nên Ikt không thể

âm như trong trường hợp của bộ kích từ AC và tĩnh

Nếu dòng điện âm không thoát được thì điện áp tăng rất cao tạo ra mạch từ song song

Để hạn chế điều này, một mạch điện riêng biệt dùng làm nhánh rẽ

để thoát dòng kích từ âm được cung cấp như một hình thức nối tắt

từ trường thường được biết đến như bộ dập từ trường hoặc điện trở biến đổi

Phần ứng

III CÁC BỘ HẠN CHẾ VÀ BẢO VỆ

3.5 Mạch diệt từ

Cổng thyristor được điều khiển bằng chế độ quá điện áp được tạo ra dòng cảm ứng ban đầu không có lối thoát Nó cũng dẫn Ikt cảm ứng qua điện trở diệt từ

Điện trở biến đổi là một điện trở không tuyến tính khi được nối song song với cuộn kích từ MF, nó nối tắt cuộn kích từ trong chế

độ điện áp cảm ứng cao

Khi Ukt bình thường, điện trở có giá trị rất lớn nên có thể bỏ qua dòng qua nó

Khi Ukt tăng lên R giảm xuống và dòng qua nó tăng lên rất

nhanh Do đó biến trở cung cấp đường dẫn cho Ikt cảm ứng và

IV ĐIỀU CHỈNH U VÀ PHÂN PHỐI Q GIỮA CÁC

TỔ MÁY LÀM VIỆC SONG SONG

IQ1, IQ2: dòng công suất kháng cung cấp bởi MF 1 và 2

Các bộ AVR được điều chỉnh để UF1=UF2 nên I xQ1 T11 = I xQ22 T 2

Tải kháng của các MF điện làm việc song

song tỷ lệ nghịch với kháng trở của MBA

4.1 phương pháp thay đổi đặc tính điều chỉnh phụ thuộc dương

Điện áp MF thay đổi theo đặc tính phụ thuộc dương có dạng:

Do đó, Ud ≠ const và tự động thay đổi dưới tác động của bộ điều

4.1 phương pháp thay đổi đặc tính điều chỉnh phụ thuộc dương

Điện áp MF thay đổi theo đặc tính phụ thuộc dương có dạng:

U F = U d – s.I Q U d =U d0 +k.I p Ip: tải thực MF.

k: hằng số

Udo: trị số đặt lúc không tải

Udo

Ud1

Ud2

4.2 phương pháp thay đổi đặc tính phụ thuộc ảo

Phương pháp này duy trì U tại thanh góp nhà máy điện theo quy luật điều chỉnh

Qi: công suất kháng phát ra của nhà máy i

βi: phần trăm tham gia tải kháng của máy thứ I so với toàn nhà máy

Si: hệ số phụ thuộc của nhà máy thứ i

4.2 phương pháp thay đổi đặc tính phụ thuộc ảo

Phương pháp này duy trì U tại thanh góp nhà máy điện theo quy luật điều chỉnh

tức là điện áp được duy trì ổn định

4.2 phương pháp thay đổi đặc tính phụ thuộc ảo

AVR của mỗi MF điều chỉnh U không theo độ phụ thuộc công suất kháng MF mà theo độ phụ thuộc để triệt tiêu độ lệch thực tế phụ tải MF Qi với tải kháng theo thành phần tham gia cho trước

4.3 điều khiển kích từ và phân phối công suất phản kháng theo nhóm