hòa đồng bộ trong hệ thống điện

ih-Chơng tự động hoà đồng bộ 4.1 khái niệm chung Cho các máy phát điện làm việc song song với nhau hoặc song song với hệ thống sẽ nâng cao đợc tính kinh tế trong vận hành, nâng cao đợc

ih-Chơng

tự động hoà đồng bộ 4.1 khái niệm chung

Cho các máy phát điện làm việc song song với nhau hoặc song song với hệ thống sẽ nâng cao đợc tính kinh tế trong vận hành, nâng cao đợc tính an toàn cung cấp điện và nâng cao đợc chất l-ợng điện năng

Chúng ta đã biết, máy phát điện đồng bộ có thể làm việc song song trong hệ thống khi thoả mãn các điều kiện: Rô to của các máy phát quay cùng một góc độ điện nh nhau, góc lệch pha tơng đối giữa các rô to không đợc vợt quá một giới hạn cho phép và điện áp quy đổi ở đầu cực của các máy phát điện phải gần bằng nhau Khi làm việc riêng rẽ, nói chung các máy phát điện không đồng

bộ với nhau Muốn cho chúng làm việc song song với nhau cần phải

đảm bảo các yêu cầu sau:

- Dòng điện cân bằng lúc đóng máy không vợt quá giá trị cho phép

- Rô to của máy phát hoà điện sau khi đóng máy cắt phải quay đồng bộ với rô to của máy đang làm việc

Có hai phơng pháp hoà điện:

1 Hoà điện chính xác: Theo phơng pháp này máy phát đợc

kích từ trớc khi nối vào lới

2 Tự hoà điện: Máy phát nối vào lới khi cha đợc kích từ, nhng

liền sau đó cho dòng kích từ vào rô to và rô to sẽ đợc kéo vào làm việc đồng bộ

Hoà điện có thể thực hiện bằng tay hay tự động Khi thực hiện hoà điện bằng tay, mọi động tác để đóng máy vào lới đều do

ng-ời phục vụ làm Còn khi thực hiện hoà điện tự động, mọi động tác

đó đều đợc tự động tiến hành Việc điều khiển máy trong hoà

điện bán tự động đợc tiến hành một phần bằng tay, một phần tự

động

4.2 phơng pháp Hoà đồng bộ chính xác

4.2.1 Tự động hoà đồng bộ theo phơng pháp chính xác

Việc hoà điện chính xác đợc tiến hành theo trình tự sau:

30

Trớc khi cho một máy phát vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy đó phải đợc kích từ trớc Lúc thấy số vòng quay

và điện áp của máy sắp hoà xấp xỉ số vòng quay và điện áp của máy đang làm việc, phải chuẩn bị đóng máy cắt điện Muốn cho dòng điện cân bằng lúc đóng máy cắt bằng không hay nhỏ nhất phải chọn thời điểm đóng maý cắt sao cho khi đó điện áp giữa hai máy không sai lệch nhau (U = 0) Nh vậy khi đóng máy cắt xong hai máy đó sẽ làm việc đồng bộ với nhau

Trong thực tế tuy hai điều kiện trên ( và U) thoả mãn, nhng nếu chọn thời điểm đóng máy cắt không thật đúng thì trong lúc

icb

1- Điện áp phách

cần hoà với nhau) xuất hiện khi tốc độ và góc quay của các véc tơ

điện này khác nhau (hình 3-1).

Điện áp phách đợc ký hiệu

là

UI = UII ;  = 0

- khi  = 0 nhng UI  UII

- khi  = 0 và UI  UII

Vì điện áp của máy phát

điện cần hoà và điện áp của

lới biến đổi theo quy luật

hình sin nên điện áp phách

cùng biến đổi theo quy luật

đó

uI = UImax.sin It

uII = UIimax sin IIt

Điện áp phách bằng uf = uI - uII = UImax sin It - UIimax sin IIt

Ta xét hai trờng hợp

a) U I = U II = U

uf = U(sin It - sin IIt ) Dùng cách biến đổi lợng giác

31



U I

U II

I

II

I

t tII

U = Uf

U I

U II



Hình 4.1 Véc tơ điện áp

phách

uf = 2U

hàm số của hai biến số:

+ I - II = f là tốc độ góc trợt

Do đó có thể viết công thức trên dới dạng:

uf = 2U sin

Đặt  = f.t : góc lệch pha giữa các rô to

uf = 2U sin

Khi costb.t = 1 ta có uf = 2U sin Đờng cong 2Usin là đờng bao các giá trị biên độ của điện áp phách và biến thiên theo tần số phách ff

32

U

t

u1 u2

u

t

U f

U P

T f =

Hình 4.2- Điện áp phách khi U I = U II

Tần số phách ff đợc xác định bằng:

lần bằng không

Ngời ta lợi dụng quy luật biến thiên của đờng bao biên độ điện

trong các sơ đồ hoà điện

b) Nếu U I  U II thì Uf =

uf, Uf

Uf

t ()

Khi  = 180 thì Uf có giá trị cực đại: Uf = UI + UII Trờng hợp này đờng bao biên độ điện áp phách không có điểm nào gặp

2- Dòng điện cân bằng I cb

Dòng điện cân bằng là dòng điện chạy vòng qua các máy phát

điện làm việc song song với nhau khi véc tơ điện áp của chúng

điện cân bằng icb

giá trị tức thời của dòng điện cân bằng sẽ là:

Trong đó: 1,8 là hệ số tính đến ảnh hởng của thành phần không

chu kỳ trong dòng điện quá độ

33

là hệ số tính giá trị biên độ của thành phần chu kỳ của dòng điện

điện kháng siêu quá độ của các máy phát điện I, II

Khi  = 180 ta có

Dòng điện này càng lớn nếu

máy phát nối vào thanh góp của

hệ thống có công suất vô cùng lớn (

x12 + = 0 )

Ta thấy dòng điện cân bằng lúc

đó lớn gấp hai lần dòng điện

ngắn mạch ba pha ở đầu cực máy

phát điện

Icb

Icb.cos

Hình 4 – 4 Dòng điện cân bằng

Thành phần tác dụng của dòng điện cân bằng gây nên lực tác dụng vào cuộn dây và trục của máy phát

Mcb  Pcb = UI.Icb.cos

Mcb  Pcb = UI.Icb.cos > 0, mô men này có thể làm hỏng

máy phát điện (hình 4- 4)

+ Khi UI  UII ,   0 Giả thiết

trờng hợp , véc tơ Icb trùng

pha với nên công suất cân bằng

lớn hơn không

Pcb = UI.Icb > 0 (hình 3

-5)

Vì góc giữa hai véc tơ

bằng không nên cos0 = 1, mô

men cân bằng sinh ra trong

tr-ờng hợp này cũng tác dụng lên trục

máy và có thể làm hỏng máy

Icb

Hình 4 - 5

34

uf

+ Khi UI  UII ,  = 0(hình 4

-6) Vì  = 0 nên trùng pha với

và còn Icb lệch pha với các

véc tơ trên một góc 90 Thành

trờng hợp này không có mô men

cân bằng tác dụng lên trục máy,

nhng vì có dòng điện cân bằng

chạy qua nên các cuộn dây stato

bị nóng thêm

Mô men do công suất cân

bằng gây nên có thể lớn gấp (5 

6) lần mô men định mức

Giá trị của mô men này phụ

thuộc vào góc lệch pha  khi

đóng máy và phụ thuộc

nguy hiểm (cho trục máy và tuốc bin) hơn khi không có góc  Vì vậy khi hoà điện không đợc để cho góc  vợt quá trị số giới hạn cho phép

4.2.2 Thiết bị hoà điện có góc đóng trớc không đổi

1- Sơ đồ nguyên lý và khai triển

làm việc có quán tính nên sẽ làm việc theo biên độ điện áp phách

tới sự làm việc của các rơ le, do đó để nghiên cứu sự làm việc của

phía của trục hoành

bằng:

UV.2RU = 2U.sin Rơ le kém áp 1RU cùng với các rơ le RT và 2RG làm nhiệm vụ

định với thời gian tRT của rơ le thời gian RT Tất nhiên tRT không phụ thuộc vào f

35

UN

IcIb

Hình 4-6



CĐ

M

C

uF

2RU

BU F



HT

+ 2 2

1RU

_ _

_ _

+

+

2RU>

1RG

RT (-)

(+)

1RU <

2R G

1RG

2 2R G

(b)

Hình 4 - 7 Thiết bị hoà điện có góc đóng tr ớc không đổi loại KA-11/13 (a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Sơ đồ khai triển mạch một chiều

1rG2

mc

CĐ

2rG2

rT

Qua đồ thị trên ta thấy: Khi f > f.ch.phép max ta có ta'b' < tRT

Khi f = f.ch.phép max ta có tab = tRT

Khi f < f.ch.phép max ta có ta''b'' > tRT

2- Nguyên lý làm việc của sơ đồ Giả thiết hệ số trở về của các rơ le 1RU và 2RU là 1

36 b'' a' b ' a b t a'b' t' t ab t

t a"b" t" t a'b' < t RT t ab = t RT

t a"b" > t RT t = tCĐ

t" > tCĐ

Hình 4 - 8

Đồ thị biến thiên của đ ờng bao biên độ điện áp phách theo

thời gian.

a''

t

U f

2R

U

1R

U

(b)

2RU >

đóng 2RU >

đóng, 1RU <

đóng

(a)

1 2

U f

Hình 4 9

Sự biến thiên của điện áp phách

từ 0 đến 0

+ Khi điện áp Uf biến thiên từ

0 đến điểm 1 tiếp điểm 1RU<

đóng nên rơ le RT có điện khởi

động và sau thời gian tRT tiếp

điểm của RT đóng lại (trong khi

đó tiếp điểm 2RU> mở)

+ Khi điện áp Uf tăng quá điểm 1 và đến gần điểm 2, rơ le 2RU và 1RU đều đóng tiếp điểm Vì có thêm rơ le 2RU tác động

cuộn đóng CĐ cha có điện Khi 2RG tác động rồi thì tự giữ bằng

 RT  2RG1  2RG  -

2RU> vẫn đóng tiếp điểm, còn rơ le 1RU< thì mở tiếp điểm nên rơ le RT trở về ngay và 2RG cũng mất điện mở các tiếp điểm của

- Nếu f < f cp max thì RT đóng tiếp điểm xong trớc khi Uf giảm

cắt hoà điện đóng lại

- Nếu f lúc sắp hoà > lớn hơn f cp max thì Uf giảm đến điểm b trớc khi RT đóng xong tiếp điểm của nó Do vậy tiếp điểm RT cha kịp đóng thì tiếp điểm của 2RU> đã mở làm cho 1RG mất điện

và khi tiếp điểm RT đóng xong thì rơ le 2RG không tác động đợc

và maý cắt hoà điện cũng không đóng lại đợc

- Nếu f = f cp max thì tiếp điểm RT đóng đúng vào lúc Uf giảm đến điểm b, máy hoà điện đóng máy cắt đúng vào thời

điểm thuận lợi (Uf = 0)

không thể đóng đợc

+ Nếu f > f cp max thì không đóng đợc máy cắt

+ Nếu f  f cp max thì đóng đợc máy cắt

Dựa theo tham số của máy hoà điện ta tính đợc góc cho phép, góc này bằng góc đóng trớc đ.tr Dựa vào lý lịch máy cắt biết đợc

làm việc khi thoả mãn điều kiện f  2f.tt = f cp max

4.3 Hoà tự đồng bộ

4.3.1 Đặc điểm của hoà tự đồng bộ

# Trình tự:

37

- Cho tuốc bin kéo máy sắp hoà đạt gần đến tốc độ đồng bộ, cắt TDT để chập mạch cuộn kích thích qua điện trở diệt từ

- Đóng máy phát điện vào mạng, máy phát điện sẽ làm việc ở trạng thái động cơ không đồng bộ

- Đóng TDT để kích thích cho máy phát điện, máy sẽ đợc kéo vào làm việc đồng bộ

- Cho máy mang tải

# Đặc điểm của phơng pháp hoà tự đồng bộ là có đột biến

về dòng điện và công suất phản kháng khi đóng máy khá lớn, nhng không có đột biến về công suất tác dụng và những lực tác dụng nguy hiểm

- Trị số hiệu dụng của thành phần chu

kỳ

trong đó: là hệ số kể đến giá trị tức

thời của dòng điện

1,8 hệ số tính đến ảnh hởng của thành

phần không chu kỳ trong dòng điện quá độ

Sức điện động dọc trục siêu quá độ của

hệ thống

điện kháng siêu quá độ của máy

phát và hệ thống

- Với hệ thống có công suất vô cùng lớn

thì biên độ lớn nhất của dòng điện khi

đóng máy

- Trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ của dòng điện khi đóng máy Iđ = - Trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ở đầu cực máy phát điện khi N(3): ( dòng điện từ phía hệ thống đến ) Ta thấy dòng điện hiệu dụng khi tự hoà điện nhỏ hơn dòng điện ngắn mạch ba pha ở đầu cực máy phát điện và cũng nhỏ hơn dòng điện cân bằng lớn nhất khi hoà điện chính xác nếu máy hoà điện làm việc không đúng (đóng máy vào lúc =180) 38 UHT 

HT

 F

x

đ

"

dHT

x

''

dHT

E

* Theo kinh nghiệm vận hành ở một số nớc, nếu trị số hiệu

dùng phơng pháp tự hoà điện

Iđ( cho phép )  3,5IđmF

Nếu tính trong hệ đơn vị tơng đối thì điều kiện trên có thể viết

I*đcho phép = hỷ,kjh

hoà điện rất thuận lợi

điện không thoả mãn trừ trờng hợp máy phát điện nối bộ với máy biến áp có x'*B = 0,1

* Ưu điểm

- Sơ đồ hoà điện đơn giản

- Làm việc đảm bảo

- Đóng máy vào lới nhanh, u điểm này đặc biệt quan trọng trong trờng hợp sự cố, hệ thống thiếu công suất cần đợc dự trữ đa vào ngay

* Nh ợc điểm

Do có sự đột biến về dòng điện khi đóng máy nên điện áp trên thanh góp có thể giảm xuống nhiều Thí nghiệm cho biết rằng: Nếu đóng một máy phát điện vào làm việc song song với một máy

có công suất tơng đơng thì độ giảm của điện áp trong vòng 0,5 giây có thể đến 50%, nếu có bộ phận kích từ cỡng bức thì trong vòng 5  7 giây sau hoặc nhanh hơn điện áp sẽ đợc khôi phục tới mức bình thờng

4.3.2 Rơ le hiệu tần số loại ИРЧ - 01

Rơ le ИРЧ - 01 làm việc theo nguyên tắc cảm ứng, có 4 cực từ

và rô to hình ống Khi hiệu tần số đạt trị số nhỏ hơn 1,5 Hz thì

39

Rơ le có hai cuộn dây: cuộn

điện áp và cuộn dòng điện

+ Cuộn điện áp có điện trở

là 310 mắc vào điện áp định

mức 100V lấy ở thanh góp của trạm

( UHT )

+ Cuộn dòng điện có điện trở

0,24 mắc vào máy biến điện áp

ở đầu cực máy phát qua bộ ổn áp

OU

Rơ le này có thể làm việc

ngay cả khi điện áp ở đầu cực

máy phát UF còn khoảng (0,2 

0,5)%UFđm Điện áp này do từ d

trong lõi của rô to khi quay gây

nên Mô men tác dụng vào lõi của

rơ le đợc xác định theo công thức:

M = K12.sin

12 là từ thông do các dòng

điện trong cuộn dòng điện và

cuộn điện áp gây nên

 là góc lệch pha giữa các từ thông

K là hệ số tỷ lệ

Đồ thị véc tơ đợc xây dựng với giả thiết là cuộn dòng điện chỉ

có điện trở tác dụng, còn cuộn điện áp có tính chất điện kháng,

do đó véc tơ I1 trùng pha với U1 còn I2 chậm sau U2 một góc 90 Ta

có thể viết:

1 = K1U1,sin1t

2 = K2U2,sin(2t +  - 90)

( là góc lệch pha ban đầu giữa U1 và U2)

Vậy  = (2t +  - 90) - 1t

= ( 2 - 1 )t - ' với ' =  - 90

Mô men quay có giá trị lớn nhất khi sin = 1

Dới tác dụng của mô men quay, phần động của rơ le sẽ dao

Các tiếp điểm của rơ le đóng lại khi biên độ dao động lớn nhất Biên độ này ứng với một hiệu tần số nào đó là tần số tác động của rơ le

Vì tiếp điểm phải và tiếp điểm trái đóng mở liên tục trong một khoảng thời gian rất ngắn nên ngơì ta mắc hai tiếp điểm này song song với nhau và nhờ một rơ le trung gian để giữ xung

Trong các thiết bị tự hoà điện, rơ le hiệu tần số làm việc trong điều kiện tốc độ quay của máy phát thay đổi luôn, do đó rơ

40

2 4

6

8

5

7 (a)



2t

Hình 4 - 10 - Rơ le П Р Ч - 01 (a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Đồ thị véc tơ

1t

 2

 1

U 1

I 1

I 2

U 2

(b)

le phải chế tạo đảm bảo sao cho đại lợng chỉnh định không thay

đổi trong phạm vi thay đổi nhất định của tần số

4.4 một số sơ đồ hoà tự đồng bộ điển hình

1- Sơ đồ

- ĐK: Khoá điều khiển

- K: Khoá hoà đồng bộ điều khiển bằng tay

- ÔU: Thiết bị ổn áp dùng để điều chỉnh dòng điện đa vào

này do từ d của máy phát điện sinh ra)

- KĐ: Nút khởi động

Vị trí các tiếp điểm trong sơ đồ vẽ với trờng hợp máy cắt đang

mở và bộ phận diệt từ trờng TDT đã làm việc rồi

2- Nguyên lý làm việc của sơ đồ

* Khi chuyển khoá điều khiển về vị trí tự hoà đồng bộ thì các tiép điểm ĐK1, ĐK2, ĐK3, ĐK4 đóng lại còn ĐK5 mở ra

đóng 1RG1, 1RG2 đa điện áp UHT và U'F ( điện áp d ) vào các cuộn dây của ИРЧ - 01, rơ le ИРЧ - 01 bắt đầu làm việc

- Khi hiệu tần số giữa HT và F nằm trong phạm vi tác động của

theo mạch : +  ĐK3  MC3  TDT3  1RG3  IIP I  2RG  - Tiếp

vào cuộn đóng, máy cắt đợc đóng lại Nhờ có thời gian mở chậm

thống đợc cắt ra khỏi cuộn dòng điện ngay khi máy cắt đóng

vào đợc cuộn dòng điện

41

U

I

Hình 4-11 Sơ đồ nối rơ le hiệu tần số trong mạch tự hoà điện.

(a) Nguồn cung cấp cho П Р Ч

(b) Mạch khai triển

1RG

3

2R

ИРЧ

CĐ TDT

ÔU

ИРЧ

U ‘F

HT

MC

~

1RG

1

1RG

2

(a)

1

(b

)

П Р Ч

П Р Ч

(-) (+

)

phát, máy phát có kích thích sẽ tự động đi vào làm việc đồng bộ

đóng lại để chuẩn bị cho cắt mạch của TDT

* Khoá điều khiển ĐK có thể vặn ở vị trí điều khiển từ xa hoặc cho hoà nửa tự động nh trong bảng sau:

Vị trí

khóa điều khiển

Tình trạng tiếp điểm ( + đóng; - mở )

42

Tự hoà điện nửa tự

động

-Điều khiển bằng tay từ

xa

43