Mô phỏng và nghiên cứu chỉng định thông số avr của máy phát điện đồng bộ nhà máy thủy điện trị an

Đối với hệ thống kích từ nhà máy thuỷ điện Tri An đã vận hành qua nhiều năm, trong quá trình sửa chửa và bảo dưỡng định kỳ, việc hiệu chỉnh các thông số theo qui định của nhà chế tạo từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

W ” X

NGUYỄN HỮU KHÁNH NGỌC

MÔ PHỎNG VÀ NGHIÊN CỨU CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ AVR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG

BỘ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRỊ AN

Chuyên ngành : Hệ thống điện Mã số ngành : 2.06.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TSKH HỒ ĐẮC LỘC

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam

Trường Đại học Bách Khoa Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 26 – 02 – 1969 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Hệ Thống Điện Mã số: 2.06.07

I TÊN ĐỀ TÀI

MÔ PHỎNG VÀ NGHIÊN CỨU CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ

AVR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRỊ AN

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Nghiên cứu về tính chất, phân loại, và mô tả các hệ thống kích từ

2 Tìm hiểu và nghiên cứu sự hoạt động, các chế độ làm việc của toàn bộ hệ thống kích thích nhà máy thủy điện Tri An

3 Nghiên cứu sự làm việc và chỉnh định thông số AVR của bộ kích từ nhà máy thủy điện Trị An

4 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống kích từ

5 Kiểm chứng các kết quả bằng số liệu nhà máy

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2004

NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này đã được hoàn thành với sự giúp đỡ của

nhiều thầy, cô, anh chị, bạn bè Xin chân thành cảm ơn:

- Thầy Hồ Đắc Lộc đã hướng dẫn tận tình

- Quý Thầy, Cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức

chuyên môn, và góp ý, nhận xét về nội dung luận văn

này

- Phòng Máy Tính Khoa Điện và Bộ Môn Cung Cấp

Điện đã tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian qua

- Ban Giám Đốc và cùng tất cả bạn bè, đồng nghiệp nhà

máy thủy điện Trị An đã tạo điều kiện và gánh vác một

phần công việc của tôi, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa

học và bản luận văn này

Trị An, ngày 09 tháng 07 năm

2004

Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

PHẦN MỞ ĐẦU

Một hệ thống kích từ của máy phát điện đồng bộ rất quan trọng trong việc ổn định của hệ thống điện, việc khảo sát một hệ thống kích từ trong thực tế gặp rất nhiều khó khăn, không thể khảo sát hết các trường hợp của nó Đối với hệ thống kích từ nhà máy thuỷ điện Tri An đã vận hành qua nhiều năm, trong quá trình sửa chửa và bảo dưỡng định kỳ, việc hiệu chỉnh các thông số theo qui định của nhà chế tạo từ khi lắp đặt, tuy nhiên trong những năm qua có những thông số thay đổi, cùng với sự phát triển của hệ thống điện ngày nay, việc mô phỏng lại hệ thống kích từ, giúp ta có điều kiện nghiên cứu các cách hiệu chỉnh sao cho hệ thống kích từ làm việc tốt hơn củng như trong quá trình xử lý sự cố sao cho nhanh và hiệu quả hơn, và có phương thức vận hành thích hợp

Với sự phát triển của công nghệ thông tin ngày nay có những phần mềm mô phỏng, các phần mềm này giúp chúng ta có thể mô phỏng một hệ thống kích từ trên máy, giúp chúng ta có điều kiện khảo sát được nhiều trường hợp mà trong thực tế khó có thể thực hiện được, củng như hiểu rõ thêm bản chất hệ thống kích từ đang vận hành, ngoài ra tạo điều kiện tốt cho những người mới tham gia học tập sửa chửa hệ thống kích từ và có biện pháp xử lý tốt khi hệ thống hư hỏng

Việc mô phỏng hệ thống kích từ nhà máy thuỷ điện Trị An chạy trên phần mềm mô phỏng, nếu đạt kết quả cho độ chính xác cao ( sau khi chạy thử lại các số liệu thu thập trong những năm qua ) Ngoài việc khảo sát được các thông số hiệu chỉnh, tạo điều kiện tốt để nghiên cứu các phương pháp chỉnh định hệ thống kích từ

Sự thành công việc mô phỏng hệ thống kích từ sẽ tạo điều kiện tốt tiến tới mô phỏng hệ thống điều tốc của tổ máy, từ đó chúng ta có điều kiện nghiên cứu và đề ra phương thức vận hành và sữa chửa tốt hơn, đó củng là mục tiêu chung của ngành điện

Nội dung luận văn gồm các chương sau:

CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

CHƯỜNG 2: Hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Trị An

CHƯƠNG 3: Bộ điều chỉnh AVR của nhà máy thủy điện Trị An

CHƯƠNG 4: Tìm hiểu phần mềm mô phỏng PSIM

CHƯƠNG 5: Tính toán thông số mô phỏng máy điện đồng bộ

CHƯƠNG 6: Mô phỏng các phần tử trong hệ thống kích từ nhà máy thủy

điện Trị An và phương pháp hiệu chỉnh

CHƯƠNG 7: Mô phỏng hệ thống kích từ và nhận xét kết quả

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ 1

I Giới thiệu về nhà máy thủy điện Trị An 1

II Hệ thống kích từ 3

III Các phần tử hệ thống kích từ .4

IV Phân loại hệ thống kích từ .5

1 Hệ thống kích từ một chiều 5

2 Hệ thống kích từ xoay chiều 6

3 Hệ thống kích từ tĩnh 8

Chương 2: Hệ thống kích từ Trị An 12

I Giới thiệu chung 12

II Thông số kỹ thuật của hệ thống kích từ 12

III Các chế độ của hệ thống kích thích bảo đảm làm việc máy phát 14

IV.Các thiết bị chính và nguồn cung cấp 16

V Các bảo vệ hệ thống kích thích 17

VI Bộ tạo xung kích 18

Chương 3: Bộ điều chỉnh AVR của nhà máy thủy điện Trị An .20

I Chức năng và nhiệm vụ AVR .20

II Thông số kỹ thuật .20

III.Thành phần các khối trong AVR 21

IV Các sự cố dẫn tới cắt AVR 28

Chương 4: Phần mềm PSIM 29

I Giới thiệu phần mềm PSIM 29

II Các thành phần dùng để mô phỏng trong PSIM 31

III Điều khiển sự mô phỏng 33

Chương 5: Tính toán thông số mô phỏng máy điện đồng bộ 34

I Mô hình tính toán 34

II Tham số máy điện đồng bộ 38

1 Điện kháng đồng bộ .39

2 Điện kháng quá độ .40

3 Từ thông và điện áp chậm sau điện kháng quá độ 41

4 Điện kháng siêu quá độ 42

5 Từ thông và điện áp chậm sau điện kháng siêu quá độ .43

6 Hằng số thời gian quá độ 44

7 Hằng số thời gian siêu quá độ 45

III Tính toán tham số máy điện 47

IV Các thông số cơ bản của máy điện 49

V Tính toán thông số máy điện đồng bộ của máy phát Trị An .50

VI Nhận xét 54

Chương 6: Mô phỏng các phần tử trong hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Trị An và phương pháp hiệu chỉnh 55

I Mô phỏng bộ tạo xung .55

II Mô phỏng các khối trong bộ AVR .62

Chương 7: Mô phỏng hệ thống kích từ và nhận xét kết quả 75

I Qúa trình mô phỏng hệ thống kích từ 75

II Nhận xét và đánh giá kết quả 88

Tài liệu tham khảo 90

Tóm tắt lý lịch 91

- Tuyến áp lực chính gồm đập ngăn sông và đập tràn Đập ngăn

sông được đắp bằng đá hổn hợp, dài 420m, cao 40m, đỉnh đập rộng 10m đập tràn xả lũ dài 150m, có 8 khoang tràn, mỗi khoang rộng 15m, với 8 cửa van cung, được đóng- mở bằng cẩu chân dê tải trọng 2× 125 tấn

- Hệ thống đập tạo thành hồ phụ gồm đập suối rộp và hệ thống đập

phụ Đập suối rộp là đập đất đồng chất dài 2750m, cao 45m, đỉnh đập rộng 10m hệ thống đập phụ củng là đập đất đồng chất, chiều dài tổng cộng 6236m

- Tuyến năng lượng gồm cửa nhận nước, đường ống áp lực và toà

nhà máy Cửa nhận nước, gồm kênh dẫn vào, lưới chắn rác, cửa van sửa chửa và cửa van sự cố, nước được đưa vào tuabin theo đường ống áp lực bằng bê tông cốt thép dài 81,5m, tiết diện 6,5 × 7m sau khi qua tuabin, nước được theo kênh dẫn ra sông Đồng Nai Kích thước tổng hợp của toà nhà máy là 132,6 × 73m, được xây dựng từ cao trình – 18m đến + 42m

∗ Số liệu chủ yếu:

- Mực nước dâng bình thường: 62m

- Mực nước chết: 50m

- Mực nước gia cường: 63,9m

- Dung tích toàn bộ: 2,765 tỷ m3

- Dung tích hửu ích: 2,547 tỷ m3

- Diện tích mặt thoáng ở cao độ mực nước dâng bình thường:323

km2

- Diện tích mặt thoáng ở cao độ mực nước gia cường: 350 km2

∗ Thiết bị công nghệ:

Tuabin:

- Loại tuabin: PO-75/ 728b-B510

- Nhà máy chế tạo: nhà máy kim khí Lêningrat

- Cột nước tính toán: 52m

- Công suất định mức của tuabin: 102MW

- Lưu lượng nước qua tuabin ở cột nước tính toán: 222 m2/s

- Tần số quay: 107,1 v/p

- Nhà máy chế tạo: nhà máy chế tạo máy biến thế ZAPORÔJE

- Công suất: 125MVA

- Điện áp: 13,8/242kv

∗ Sơ đồ điện chính:

Đấu nối điện thực hiện bằng sơ đồ hợp bộ khối máy phát- máy biến áp Trạm phân phối ngoài trời 220kv được bố trí ở bờ phải kênh dẫn ra, được thực hiện theo sơ đồ hai thanh cái làm việc và một thanh cái vòng, có

ba tuyến, một tuyến Trị An – Hóc Môn, một tuyến Trị An – Bình Hoà, và một tuyến Trị An – Long Bình Trạm phân phối ngoài trời 110kv liên kết với thanh cái 220kv qua biến áp tự ngẩu 63MVA, 220/110/6KV, cung cấp

điện cho địa phương và nối kết thủy điện Thác Mơ bằng đường dây 110kv Trị An – Đồng Xoài, tuyến 110kv Trị An- Tân Hòa và tuyến 110kv Trị An – Định Quán mới xây dựng năm 2003

Hệ thống tự dùng nhà máy gồm ba máy biến thế kiểu TMH- 4000/35-TI, công suất mổi máy 4000KVA, điện áp 13,8/6,3kv Từ các trạm KPY 6KV qua các máy biến thế 6,3/0,4kv cung cấp cho các phụ tải trong nhà máy

Hệ thống điện một chiều 220v gồm hai trạm accu, dung lượng mổi trạm là 630Ah, dùng cung cấp cho các mạch điều khiển, bảo vệ, tín hiệu và ánh sáng sự cố

Các thiết bị tự động đảm bảo khởi động tổ máy và hòa vào lưới trong khoảng 40- 60s máy phát được kích thích bằng các bộ thyristor điều khiển được Các tổ máy có thể làm việc ở chế độ công suất cố định, điều tần, hoặc bù đồng bộ theo yêu cầu điều động của điều độ hệ thống điện quốc gia

II- Hệ thống kích từ

Nhiệm vụ của hệ thống kích từ là cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây tạo từ trường của máy điện đồng bộ Hệ thống kích thích được điều khiển và bảo vệ nhằm đáp ứng công suất kháng cho hệ thống thông qua sự điều khiển điện áp bằng cách điều khiển dòng kích từ

Chức năng điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố công suất và nâng cao tính ổn định của hệ thống Chức năng bảo vệ là đảm bảo được khả năng của máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị khác không được vượt quá giới hạn

Yêu cầu cơ bản là hệ thống kích từ cung cấp và điều chỉnh dòng điện kích từ của máy điện đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra biến thiên trong phạm vi cho phép liên tục của máy phát Ngoài ra hệ thống kích từ phải có khả năng đáp ứng quá độ bất ổn định với từ trường cưỡng bức phù hợp máy phát một cách tức thời và ngắn hạn Khả năng của máy phát xem như được giới hạn bởi các yếu tố như hư hỏng cách điện rotor ở điện áp kích từ cao, nóng rotor ở dòng kích từ lớn, nóng stator do dòng tải phần ứng lớn, lõi bị nóng trong suốt thời gian vận hành ở trạng thái thiếu kích từ…

Hệ thống kích từ sẽ giúp cho việc điều khiển điện áp có hiệu quả và nâng cao tính ổn định của hệ thống Nó sẽ có khả năng cho đáp ứng của độ

bất ổn định một cách nhanh chóng để nâng cao quá độ ổn định và điều chỉnh từ trường máy phát để nâng cao độ ổn định tĩnh

III- Các phần tử hệ thống kích từ

Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống kích từ máy phát

Trên hình 1-1 là sơ đồ khối chức năng tiêu biểu của hệ thống kích từ cho máy phát đồng bộ lớn

- Bộ biến điện áp ra và bù tải: Cảm nhận điện áp ra đầu cực máy phát, chỉnh lưu và lọc nó thành điện áp một chiều, so sánh nó với một trị chuẩn( trị số đặt) là điện áp đầu ra máy phát mong muốn Ngoài ra bộ phận bù tải có thể được cung cấp (do sụt áp trên đường dây hoặc do công suất phản kháng) nếu muốn giử điện áp không đổi tại các điểm xa đầu cực máy phát Bộ này còn gọi là bộ tạo đặc tuyến điều chỉnh

- Bộ ổn định hệ thống công suất: Cung cấp thêm một tín hiệu ở ngõ vào để hạn chế dao động công suất của hệ thống Những tín hiệu

Bộ điều

chỉnh AVR Bộ kích từ Máy phát

Đo lường điện áp và bù tải

Bộ hạn chế và bảo vệ

Bộ ổn định

Tới hệ thống

ở ngõ vào thường dùng là độ lệch tốc độ rotor, sự tăng công suất và độ lệch tần số

- Bộ hạn chế và bảo vệ: Phần này bao gồm một hệ thống điều khiển và bảo vệ rộng nhằm đảm bảo khả năng của bộ kích từ và máy phát đồng bộ không vượt quá giới hạn Thường sử dụng bộ hạn dòng kích từ, bộ hạn chế kích từ cực đại, bộ hạn áp đầu cực, bộ điều chỉnh và bảo vệ V/Hz và bộ hạn chế thiếu kích từ Những mạch này thường riêng biệt, các tín hiệu ngõ ra của chúng có thể đưa vào hệ thống kích từ bằng ngõ nhập tổng

IV- Phân loại hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ chia thành ba loại cơ bản dựa trên nguồn năng lượng mà bộ kích từ sử dụng:

- Hệ thống kích từ một chiều

- Hệ thống kích từ xoay chiều

- Hệ thống kích từ tĩnh

1- Hệ thống kích từ một chiều

Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống kích từ DC

Hệ thống kích từ loại này sử dụng máy phát một chiều như nguồn năng lượng kích từ và cung cấp dòng điện cho rotor của máy điện đồng bộ thông qua các vòng trượt Máy kích từ một chiều có thể được kéo nhờ một động cơ hoặc gắn vào trục tổ máy Nó có thể tự kích hoặc là kích từ độc lập Khi kích từ độc lập, từ trường của bộ kích từ được cấp từ bộ nhỏ như là máy phát nam châm vĩnh cửu Trong vài trường hợp các bộ điều chỉnh điện áp độc lập được thay thế bằng các bộ điều chỉnh điện tử bán dẫn hiện đại

Hệ thống kích từ loại này dùng phổ biến đến giữa năm 1960 ngày nay, ít còn sử dụng và được thay thế các bộ kích từ xoay chiều hoặc hệ thống tĩnh

2- Hệ thống kích từ xoay chiều

Hình 1-3: Hệ thống kích từ chỉnh lưu máy phát xoay chiều Hệ thống kích từ này sử dụng máy phát xoay chiều như là nguồn năng lượng kích từ của máy phát chính Thường máy kích từ có cùng trục với turbin Điện áp xoay chiều ở ngõ ra của bộ kích từ được chỉnh lưu có điều khiển (SCR) hoặc không có điều khiển (DIODE) để tạo ra dòng điện một chiều cần cho từ trường của máy phát hoặc Bộ chỉnh lưu có thể tĩnh hoặc quay

Hệ thống kích từ xoay chiều trước đây sử dụng bộ điều chỉnh phối hợp giữa khuếch đại từ và khuếch đại quay Hầu hết các hệ thống mới đều sử dụng bộ khuếch đại điện tử để điều chỉnh

Hệ thống chỉnh lưu tĩnh: Với hệ thống chỉnh lưu tĩnh, ngõ ra một cấp cho từ trường cuộn dây của máy phát chính thông qua các vòng trượt Khi chỉnh lưu không điều khiển được sử dụng, bộ điều chỉnh sẽ điều khiển từ trường của bộ kích từ xoay chiều, như thế nó sẽ điều khiển trực tiếp ngõ ra

Máy phát chính

Biến dòngđiện

Biến áp đo lường

Máy kích từ

AC diod tĩnh

Bộ chỉnh lưu

có điều khiển

Bộ điều chỉnh một chiều

Bộ điều chỉnh xoay

phụ Trị đặt AC

Trị đặt DC

của bộ kích từ, sơ đồ đơn tuyến đơn giản như hình 1-3 của hệ thống kích từ chỉnh lưu máy phát xoay chiều có điều khiển từ trường Bộ kích từ máy phát xoay chiều được kéo nhờ rotor của máy phát chính Bộ kích từ này tự kích với năng lượng từ trường được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thyristor Năng lượng của bộ điều chỉnh điện áp được cấp từ điện áp ra của bộ kích từ

Hình 1-4: Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển được cung cấp bởi máy phát xoay chiều

Khi bộ chỉnh lưu thyristor được sử dụng, bộ điều chỉnh điều khiển trực tiếp điện áp một chiều ở ngõ ra của bộ kích từ hình 1-4 là sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển Bộ điều chỉnh điện áp điều khiển việc dẫn thyristor Bộ kích từ của máy phát xoay chiều là tự kích và sử dụng bộ điều chỉnh điện áp tĩnh độc lập để duy điện áp ở ngõ ra Vì thyristor điều khiển trực tiếp ở ngõ xuất của bộ kích từ nên hệ thống này cho đáp ứng nhanh ngay từ đầu

Hệ thống chỉnh lưu quay ( hệ thống chỉnh lưu không chổi than): Với bộ chỉnh lưu quay, các vòng trượt và chổi than được bỏ, điện áp một chiều ngõ ra trực tiếp cấp cho từ trường máy phát chính như hình 1-5, phần ứng của bộ kích từ xoay chiều và chỉnh lưu diode quay kích từ máy phát chính Một bộ kích từ xoay chiều phụ, có một rotor nam châm vĩnh cửu, quay với

Máy kích từ

AC

Ngõ nhập phụ

Máy phát chính

Biến dòngđiện

bộ chỉnh lưu có điều khiển

Bộ chỉnh lưu

có điều khiển

Bộ điều chỉnh một chiều

Bộ điều chỉnh xoay chiều

Trị đặt AC Trị đặt DC

ER

phần ứng của bộ kích từ và diode chỉnh lưu Ngõ ra chỉnh lưu của stator bộ kích từ nhỏ cung cấp năng lượng từ trường tĩnh của bộ kích từ xoay chiều Bộ điều chỉnh điện áp điều khiển từ trường của bộ kích từ xoay chiều, điều khiển trở lại từ trường của máy phát chính

Hình 1-5: Hệ thống kích từ không chổi than

3- Hệ thống kích từ tĩnh:

Tất cả phần tử trong hệ thống đều đứng yên Các bộ chỉnh lưu tĩnh, được điều khiển hoặc không điều khiển, cung cấp dòng kích từ trực tiếp cho từ trường máy phát chính nhờ các vòng trượt Nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lưu được lấy từ máy phát chính hay từ các nguồn trạm tự dùng của nhà máy qua máy biến áp giảm áp xuống cấp thích hợp, đôi khi lấy từ cuộn phụ trong máy phát Hệ thống kích từ tĩnh thường có ba kiểu sử dụng rộng rãi:

Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp: Trong hệ thống này năng lượng kích từ được cung cấp nhờ một máy biến áp lấy điện từ đầu cực máy phát hoặc từ các trạm tự dùng, nó được điều chỉnh bộ chỉnh lưu có điều khiển hình 1-6 hệ thống này vốn có hằng số thời gian rất nhỏ Điện áp ra cực đại của bộ kích từ phụ thuộc vào điện áp xoay chiều ở ngõ vào Vì vậy khi hệ thống bị sự cố sẽ làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm xuống dẫn

Máy kích từ

phụ

Ngõ nhập phụ

Biến dòngđiện

Ba pha xoay

chiều

Bộ điều chỉnh

Điều khiển bằng tay

N S

Cuộn kích từ

Cuộn kích từ chính

Máy kích từ AC Phần quay Máy phát chính

Phần ứng Phần ứng

Phần ứng

Biến áp xung

đến điện áp cực đại ở đầu ra của bộ kích từ có thể bị giảm theo Hạn chế này của hệ thống kích từ, được bù bằng đáp ứng gần như tức thời và khả năng thay đổi từ trường cưỡng bức cao Ngoài ra nó bảo trì dễ dàng và rẽ tiền Đối với máy phát nối với hệ thống công suất lớn thì hệ thống kích từ này làm việc rất tốt

Hình 1- 6: Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp

Hệ thống chỉnh lưu nguồn kết hợp: Năng lượng của hệ thống kích từ trong trường này được tao ra nhờ sử dụng dòng điện củng như điện áp của máy phát chính Điều này thực hiện được bởi máy biến áp công suất và máy biến dòng bão hoà hình 1-7 hoặc là nguồn áp và nguồn dòng kết hợp nhờ sử dụng một máy biến áp kích từ đơn, như là máy biến dòng bão hoà Bộ điều chỉnh điều khiển ngõ ra của bộ kích từ thông qua việc điều khiển sự bão hoà của máy biến áp kích từ Khi máy phát không cung cấp cho tải thì dòng ở phần ứng bằng không, còn nguồn áp cung cấp toàn bộ cho năng lượng kích từ Ơû chế độ có tải một phần năng lượng kích từ được lấy từ dòng điện máy phát Khi hệ thống bị sự cố, với sự cố nặng làm giảm điện áp đầu

Máy phát chính

Biến dòngđiện

Bộ điều chỉnh một chiều

cực máy phát, lúc đó dòng điện sự cố sẽ cung cấp năng lượng từ trường cưỡng bức cao

Hình 1- 7: Hệ thống kích từ chỉnh lưu nguồn kết hợp

Hệ thống kích từ chỉnh lưu điều khiển kết hợp: Hệ thống này sử dụng chỉnh lưu điều khiển trong mạch xuất của bộ kích từ và sự kết hợp của nguồn áp, nguồn dòng bên trong stator máy phát để cung cấp năng lượng cho bộ kích từ Kết quả là hệ thống kích từ tĩnh cho đáp ứng ban đầu cao với nhiều khả năng cưỡng bức như hình 1-8

Bởi vì nguồn năng lượng của hệ thống kích từ tĩnh là từ máy phát chính, nó là hệ thống tự kích Máy phát không thể tự phát ra điện áp khi chưa có dòng kích từ Do đó cần có nguồn năng lượng khác trong vài giây để cung cấp dòng kích từ và năng lượng kích thích ban đầu cho máy phát Phương pháp này tạo nên dòng kích từ cho máy phát được gọi là kích từ trường Nguồn kích thường dùng là nguồn accu tĩnh

Biến dòng

Biến áp công suất

Ngõ nhập phụ Cuộn kháng tuyến tính

Cuộn kích từ

Phần ứng

Biến áp xung

Máy biến

dòng bão hoà

Bộ điều chỉnh

Hình 1- 8: Hệ thống kích từ tổng hợp có điều khiển

Biến dòng

Biến áp xung

Bộ điều chỉnh ĐC Bộ điều chỉnh AC

Ngõ nhập phụ Trị đặt AC Trị đặt AC

Vòng trượt Bộ chỉnh

lưu mắc rẻ

điều khiển

thyristor

Cuộn kích từ Thanh cái P Cuộn kháng

Phần ứngMáy phát

C

F

P Máy biến áp kích từ

Khung máy phát

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG KÍCH TỪ TRỊ AN

I-Giới thiệu chung:

Hệ thống kích từ Tri An là hệ thống kích từ song song tự kích, nguồn kích từ ban đầu lấy từ tự dùng tổ máy và nguồn một chiều từ hệ thống accu nhà máy, hệ thống kích từ tạo ra dòng điện một chiều điều chỉnh được để kích thích máy điện đồng bộ, để tạo ra dòng một chiều mà điều chỉnh được người ta dùng hai bộ cầu chỉnh lưu ba pha thyristor làm việc song song, sơ đồ động lực hệ thống kích từ Trị An như hình 2-1

Cung cấp hai bộ chỉnh lưu thyristor từ biến áp TE nối vào đầu cực stator của máy phát được kích thích Để tạo xung kích cho thyristor nhờ các bộ tạo xung AV-1 và AV-2, thực hiện quá trình điều chỉnh nhờ bộ điều chỉnh tự động AVM (AVR), bộ điều chỉnh dự phòng bằng tay AVN và sơ đồ rơ le Bảo vệ cho các bộ chỉnh lưu và rotor khỏi quá điện áp nhờ bộ phóng điện FV tác động nhiều lần Dập từ máy phát trong chế độ sự cố dùng máy cắt dập từ QAE

Khi bộ điều chỉnh AVR hư hỏng sẽ chuyển tự động hệ thống điều chỉnh kích thích sang bộ dự phòng AVN và giử nguyên chế độ kích thích xác lập trước đó Sơ đồ nhất thứ và sơ đồ điều khiển được thực hiện sao cho khi cần thiết có thể đưa một bộ chỉnh lưu thyristor ra sửa chữa mà không cần cắt hệ thống kích thích

II- Thông số kỹ thuật của hệ thống kích từ:

4 Điện áp kích thích giới hạn (v) ≤ 910

5 Dòng điện kích thích giới hạn (A) ≤ 2910

6 Giá trị kích thích theo điện áp, đơn vị tương đối

- khi điện áp cung cấp định mức

- khi 80% điện áp cung cấp định mức

≥ 2.5 ≥ 2.0

7 Giá trị đỉnh theo dòng kích thích, đơn vị tương đối ≥ 2

9 Thời gian cường hành kích thích(s) ≤ 50

10 Sự tác động nhanh khi cường hành kích thích(s) ≤ 0.05

11 Tần số điện áp cung cấp (Hz) 50

12 Sự thay đổi cho phép của tần số điện áp cung cấp

- lâu dài (Hz)

- ngắn hạn không lớn hơn 50s(Hz)

+2 ; - 3 +40 ; -10

13 Điện áp cung cấp tự dùng tần số 50Hz 380 V

14 Độ thay đổi cho phép của điện áp tự dùng 50

Hz(%)

- lâu dài

- Ngắn hạn khoảng 1s

- Ngắn hạn khoảng 50s

+10 ; -20 + 45 +15

15 Điện áp tự dùng một chiều(v) 220

16 Độ thay đổi cho phép của điện áp cung cấp tự

17 Công suất tiêu thụ tự dùng khi điện áp định mức

(kw)

1- Từ lưới 380v, 50Hz:

- ở chế độ chỉnh lưu thyristor không tải

- ở chế độ chỉnh lưu thyristor có tải

- Ngắn hạn trong khoảng thời gian 15s khi

kích thích ban đầu

2- Từ một chiều 220v:

- lâu dài

- Ngắn hạn khi cường hành kích thích

- Ngắn hạn khi mất cường hành kích thích

≤ 0.66 ≤ 0.42 ≤ 10

≤ 0.1 ≤ 0.42 ≤ 0.66

20 Phạm vi thay đổi góc điều chỉnh ( độ điện) 1 - 150

21 Hiệu suất ( giá trị tính toán) % 97

24 Nhiệt độ bình thường của môi trường Từ 1 - 45°c

25 Công suất tiêu thụ của AVM (VA) ≤ 5

26 Công suất tiêu thụ của AVN (VA) ≤ 5

27 Công suất tiêu thụ của biến dòng đo lường (VA) ≤ 5

III- Các chế độ của hệ thống kích thích bảo đảm làm việc máy phát

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc Trang 24

- Khởi động, kích thích ban đầu và đóng vào lưới bằng phương pháp hoà chính xác ( tự động hoặc bằng tay ) trong chế độ làm việc bình thường của lưới và bằng phương pháp hoà tự đồng bộ trong chế độ sự cố

- Chế độ không tải và hoạt động của máy phát trong lưới với phụ tải từ không tải đến tải định mức, làm việc theo giới hạn của biểu đồ công suất máy phát củng như khi quá tải theo đúng tiêu chuẩn ΓOCT

- Dừng tổ máy trong chế độ bình thường và sự cố

- Chế độ quá độ sự cố như ngắn mạch, quá tải và cắt tải

- Chế độ làm việc và các thông số của hệ thống kích thích máy phát đầy đủ khi các nhánh làm việc song song và khi hư hỏng một mạch trong nhánh cùng tên bất kỳ của các bộ chỉnh lưu khi chúng làm việc

- Cường hành kích thích theo một bội số cho trước và cắt kích từ khi hư hỏng trong lưới

- Cắt kích từ và dập từ khi dừng bình thường máy phát bằng cách chuyển bộ chỉnh lưu sang chế độ nghịch lưu

- Dập từ trong chế độ sự cố bằng máy cắt dập từ

- Dòng kích thích khi máy phát làm việc với tải định mức và hệ số cosϕ = 1 trong trường hợp hư hỏng hai mạch song song nhánh cùng tên bất kỳ của các bộ chỉnh lưu được nối song song hoặc là trong trường hợp cắt một bộ chỉnh lưu và bộ chỉnh lưu còn lại còn đầy đủ các mạch song song Lúc này phải tự động cấm chế độ cường hành

- Điều chỉnh dòng kích thích theo độ lệch và đạo hàm điện áp, độ lệch và đạo hàm tần số, đạo hàm dòng kích thích

- Thay đổi tri số đặt điện áp máy phát trong giới hạn từ 80% đến 110

Hình 2-1:

IV- Các thiết bị chính và nguồn cung cấp

Các thiết bị chính và nguồn cung cấp như hình 2-1

SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC HỆ THỐNG KÍCH TỪ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRỊ AN

1- L cuộn dây rotor có điện trở một chiều 0,195Ω ở nhiệt độ 150c

2- TE biến áp chỉnh lưu

- Biến áp ba pha

- Sơ đồ nối dây sao- tan giác

- Công suất định mức 2000 KVA

- Tỷ số biến 13,8/ 0,786 KV

3- Rcc là điện trở đồng bộ có giá trị điện trở là 3Ω Được dùng trong quá trình hoà tự đồng bộ máy phát, nối tắt cuộn dây rotor trong trường hợp dập trường khi sự cố củng như trong trường hợp quá điện áp cuộn dây rotor mà bộ bảo vệ quá áp làm việc

4- TA1 biến dòng điện tỷ số 2000/ 5, cung cấp tín hiệu dòng rotor trong các chế độ làm việc

5- KM 1 công tắc tơ, dùng để nối cuộn dây rotor với Rcc khi sự cố và khi bảo vệ quá áp rotor làm việc

6- QAE máy ngắt dập từ một chiều, dùng để dập từ trường trong trường hợp cắt kích từ sự cố

7- FV bộ phóng điện dùng thyristor, để bảo vệ quá điện áp cuộn dây rotor đồng thời bảo vệ các thiết bị trong mạch lực một chiều,trị số làm việc là 1800V

8- QS1, QS2, QS3, QS4 là các cầu dao xoay chiều ba pha và cầu dao một chiều, dùng trong khi sửa chửa định kỳ hoặc khi sửa chửa sự cố tách một bộ chỉnh lưu thyristor ra khỏi hệ thống kích từ

9- TL1 và TL2 biến thế nguồn xoay chiều ba pha,tỉ số biến 786/ 380 v, cung cấp nguồn cho bộ tạo xung, bộ điều chỉnh kích từ dự phòng AVN, và bộ điều chỉnh kích từ chính AVM ( AVR ) khi máy phát đang làmviệc

10- T1 và T2 là bộ chỉnh thyristor theo sơ đồ cầu ba pha, trong đó mỗi nhánh gồm có ba con thyristor mắc song song, thyris tor loại T353-

800, các thyristor được bảo vệ quá dòng bằng cầu chì, và mạch cản dịu là điện trở mắc nối tiếp với tụ điện và song song thyristor khi có thay đổi nhanh điện áp đặt trên thyristor Hai bộ chỉnh có thể làm việc song song, hoặc từng bộ riêng biệt trong trường hợp một bộ bị sự cố mà phải tách ra sửa chửa

11- RC là bộ lọc nguồn xoay chiều dùng điện trở và tụ điện, nhằm lọc các xung điện bảo vệ đầu vào các bộ chỉnh lưu

12- YBH thiết bị nguồn kích từ ban đầu cho máy phát, dòng kích từ ban đầu khoảng 50A, được lựa chọn giửa nguồn xoay chiều từ tự dùng tổ máy hoặc từ hệ thống nguồn accu nhà máy, hệ thống kích từ ban đầu được cắt ra khi điện áp máy phát đạt 0.5Uđm

13- AV1 và AV2 bộ tạo xung kích cho bộ chỉnh lưu thyristor trong các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu

14- AVM (AVR) và AVN bộ điều chỉnh tự động chính và dự phòng, dùng để điều chỉnh điện áp và công suất tổ máy, nhận các tín hiệu để điều khiển là điện áp máy phát, dòng stator, dòng rotor và tần số máy phát, để tạo ra điện áp một chiều thích hợp đưa đến bộ tạo xung

15- TA 3 biến dòng điện tỉ số biến 8000/ 5, đưa tín hiệu dòng stator vào bộ điều chỉnh kích thích

V- Các bảo vệ của hệ thống kích thích

Các sự cố đưa đến cắt hệ thống kích từ:

- Sự cố cháy máy phát

- Từ bảo vệ máy phát phần stator

- Bảo vệ chạm đất một điểm ở phần động lực của hệ thống kích từ, trị số tác động 10kΩ và sau 10s

- Bảo vệ điện áp tăng cao 1,15Uđm khi không tải

- Bảo vệ tần số giảm thấp 46Hz khi không tải

- Từ bảo vệ máy biến áp kích từ TE

- Quá trình đóng kích từ mà dòng nhỏ hơn 0,2 Irotor thì sau 4s đi cắt kích từ

- Khi hư hỏng hai bộ chỉnh lưu và hai bộ tạo xung

- Mất kích từ, dẫn đến máy phát mất đồng bộ khi dòng Istator lớn hơn 1,35Iđm

- Bảo vệ khi dòng cường hành 2Iđm và sau 65s dẫn đến cắt kích từ

- Bảo vệ khi hư hỏng bộ hạn chế 2Iđm trong AVR, khi dòng kích từ lớn hơn 2Iđm thì sau 1,5s đi cắt kích từ

Ngoài ra còn có các bảo vệ chỉ báo tín hiệu mà không đi cắt kích từ như quá tải rotor 1,1Iđm, bảo vệ bộ hạn chế dòng kích từ cực tiểu ở trong AVR, bộ phóng điện bảo vệ quá áp rotor, hư hỏng AVR, và các bảo vệ sự mất dẫn của thyristor vv

VI- Bộ tạo xung kích thyristor

Sơ đồ khối bộ tạo xung như hình 2-2, gồm các khối là khối lọc, khối tạo điện áp đồng bộ, khối tạo xung điều khiển, khối khuyếch đại và lồng xung, khối nguồn cung cấp chính và nguồn cung cấp dự phòng

1- Khối lọc

Mục đích lọc nguồn xoay chiều, tạo ra điện áp sin chuẩn để quá trình tạo xung được chính xác và đồng đều giửa các nhánh Khối bao gồm biến áp giảm áp và bộ lọc RLC, giảm áp từ 380v và lọc ra điện áp sin 3 105V đưa đến khối tạo đồng bộ

2- Khối tạo điện áp đồng bộ

Tạo ra các pha điều khiển, giảm áp và tạo ra các điện áp chuẩn như sau

- Xác định pha cực tiểu của xung điều khiển ( 147- 647 )

- Xác định pha cực đại của xung điều khiển ( 149- 649 )

- Xác định pha làm việc của xung điều khiển (145- 645 )

Khối này tạo pha điều khiển cho sáu kênh, sẽ lấy tổng hình học các điện áp liên tiếp nhau kết quả là:

- Pha điều khiển cực tiểu là 0o

- Pha điều khiển cực đại là 150o

- Pha điều khiển làm việc ban đầu là 90o

3- Khối tạo xung điều khiển

Tạo ra xung điều khiển có góc thích hợp ở các chế độ, tuỳ theo lệnh điều khiển từ bộ điều chỉnh chính AVR và bộ điều chỉnh dự phòng, lệnh điều khiển này hợp với điện áp đồng bộ từ khối điện áp đồng bộ, tạo ra xung điều khiển thích hợp ở các chế độ làm việc của hệ thống như chế độ làm việc bình thường, chế độ làm việc tăng cường, chế độ làm việc dập từ, để giảm bớt công suất của bộ khuyếch đại, dùng tín hiệu dòng rotor để thu ngắn bớt độ dài xung ngõ ra của bộ tao xung điều khiển tử 135o điện xuống còn 18o điện khi dòng rotor đạt từ 0,5Iđm đến 0,7Iđm Để cho hai bộ chỉnh lưu cho dòng bằng nhau, thì khối này có thêm điện áp phân cực một chiều điều chỉnh được, dùng để chỉnh cho dòng hai bộ chỉnh lưu bằng nhau, ngoài

ra còn có thể dập từ hay xóa xung đưa từ bên ngoài vào Khối này tạo ra sáu kênh điều khiển tương ứng với thyristor

4- Khối khuyếch đại và lồng xung

Thực hiện hạn chế chiều dài xung điều khiển, biến đổi xung điều khiển thành một dãy xung tần số cao và khuyếch đại xung này đưa đến kích thyristor thông qua máy biến áp xung, khối này gồm một máy phát xung tần số cao, mạch logic thực hiện cho phép một kênh dẫn và khoá các kênh khác, đảm bảo cho quá trình chuyển mạch của bộ chỉnh lưu, sáu kênh

ở khối khuyếch đại tương ứng với sáu kênh của bộ chỉnh lưu, đầu ra khối này đưa tới máy biến áp xung để kích thyristor là xung có biên độ 60V và tần số 40KHz

5- Khối nguồn cung cấp chính

Khối này nhận nguồn từ máy biến áp TL, chỉnh lưu và lọc, tạo ra nguồn một chiều cung cấp cho các khối trong bộ tạo xung như khối điều khiển hay khối khuyếch đại

6- Khối nguồn cung cấp dự phòng

Khối này lấy nguồn từ hệ thống accu nhà máy tạo ra nguồn cung cấp ban đầu cho bộ tạo xung khi khởi động, củng như khi dừng tổ máy, khi khối nguồn chính bị sự cố hoặc khi khối nguồn chính điện áp nguồn giảm tới 0,8Uđm thì khối nguồn dư phòng làm việc, khối này chỉ làm việc trong một thời gian ngắn

KHỐI TẠO XUNG

KHỐI Khuyếch Đại và lồng xung

KHỐI THYRIS TOR

U AVR

KHỐI CẢM BIẾN DÒNG ROTOR

BỘ ĐIỀU CHỈNH AVR CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRỊ AN

I- Chức năng và nhiệm vụ của AVR

AVR là bộ điều chỉnh tự động hệ thống kích từ, dùng để duy trì điện áp trên thanh cái của máy phát, giử ổn định máy phát sau sự cố, nâng cao tính ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống điện

II- Thông số kỹ thuật

1- Thông số đầu vào

- Điện áp định mức và tần số của mạch đo lường là 3×100V, 50Hz

- Dòng định mức mạch đo lường dòng stator là 5A

- Dòng định mức mạch đo lường dòng rotor là 5A

2- Thông số đầu ra

- Điện áp ra của AVR là ±20V

- Điện trở tải của AVR là 800Ω

- Hệ số truyền cực đại theo các kênh

Kênh độ lệch điện áp: 200 đơn vị tương đối;

Kênh đạo hàm điện áp: 7,5 đơn vị tương đối;

Kênh độ lệch tần số: 15 đơn vị tương đối;

Kênh đạo hàm tần số: 5 đơn vị tương đối;

Kênh đạo hàm dòng rotor: 2,7 đơn vị tương đối;

3- Nguồn cung cấp

Lấy từ tự dùng tổ máy

- Điện áp và tần số định mức là 3×380V, 50Hz

- Chuyển sang nguồn dự phòng khi điện áp nhỏ hơn 0,8Uđm

Lấy từ hệ thống accu nhà máy là 220V làm nguồn dự phòng

4- Tác động nhanh

Thời gian tác động tạo tín hiệu trên đầu ra AVR khi có sự thay đổi đầu vào nhỏ hơn 0,02s

5- Sai số trên AVR: Khi Uđm là 1%

6- Trị số đặt:

- Điện áp máy phát từ 80V tới 110V

- Tốc độ trung bình thay đổi tri số đặt điện áp là 0,33%Uđm/s

- Tần số tác động lệnh điều khiển nhỏ hơn 100lệnh/ phút

- Sai số khi hoà đồng bộ là nhỏ hơn ±0,5%

- Sự lệch trị số đặt theo thời gian trong một giờ nhỏ hơn 5.10-3

7- Hệ số tĩnh

Chế độ bổ chính dòng, tức là duy trì điện áp phía cao áp máy biến áp chính từ 2% đến 5%

III- Thành phần các khối trong AVR

Sơ đồ khối bộ AVR như hình 3-1, bộ AVR gồm các khối sau:

- Khối nguồn chính

- Khối nguồn dự phòng

- Khối điện áp

- Khối đo quá tải rotor

- Khối kiểm tra

- Khối hạn chế dòng rotor

- Khối dòng công suất kháng

- Khối khuyếch đại

- Khối đặt trước điện áp

- Khối cường hành

- Khối tần số và bảo vệ

- Khối hạn chế dòng kích thích cực tiểu

- Khối dòng điện

- Khối kiểm tra

- Khối rơ le

- Khối hoà đồng bộ

1-Khối điện áp

Khối điện áp dùng để đo điện áp, điều chỉnh và tạo ra tín hiệu độ lệch điện áp máy phát khỏi trị số đặt trước và đạo hàm điện áp

Đầu vào khối điện áp gồm các tín hiệu sau:

- Điện áp phân cực (điện áp tựa), xác định điện áp đặt trước của máy phát

- Điện áp máy phát so sánh với điện áp tựa, điện áp lấy từ máy phát qua các máy biến áp trunh gian

- Điện áp ra của khối trị số đặt điện áp

- Điện áp ra của khối dòng kháng

- Điện áp ra của khối giới hạn dòng kích thích cực tiểu

Điện áp ra khối điện áp cung cấp:

- Tới khối khuyếch đại để lấy tổng với các tín hiệu khác và khuyếch đại

- Tới khối nguồn để kiểm tra sự hoạt động của khối điện áp

- Tới khối cường hành, khối hòa đồng bộ và khối kiểm tra cho sự hoạt động của chúng

2- Khối đặt trước điện áp

Dùng để thay đổi trị số đặt trước của điện áp máy phát chúng cấp cho khối điện áp

Đầu vào khối đặt trước điện áp gồm:

- Lệnh thay đổi tri số đặt về phía lớn hơn ở tại chổ hoặc từ xa

- Lệnh thay đổi tri số đặt về phía nhỏ hơn ở tại chổ hoặc từ xa

- Lệnh chỉnh định tự động trị số đặt điện áp từ khối hoà đồng bộ

- Lệnh giảm tải vô công máy phát

Đầu ra của khối đặt trước điện áp đưa đến khối điện áp

3- Khối hoà đồng bộ

Khối này dùng để phối hợp với khối đặt trước điện áp để thay đổi tri số đặt trong trường hợp hoà chính xác, hoà tự đồng bộ (phần này hiện nay không đưa vào sử dụng), củng như khi chuyển bộ điều chỉnh kích thích dự phòng sang làm việc và từ điều khiển kích thích bằng tay sang tự động

Đầu vào của khối hoà đồng bộ gồm:

- Điện áp từ đầu cực máy phát qua các máy biến điện áp trung gian

- Điện áp từ lưới qua các máy biến điện áp trung gian

- Tín hiệu độ lệch điện áp từ khối điện áp để theo dõi trong quá trình bộ điều chỉnh dự phòng làm việc chính

Đầu ra khối hoà đồng bộ sẽ gởi tới bộ hòa đồng bộ chính xác của máy phát, sau khi đã điều chỉnh điện áp máy phát bằng điện áp lưới Lệnh hòa đồng bộ chính xác sẽ mất khi đóng máy phát vào lưới

4- Khối dòng công suất kháng

Dùng để phân bổ công suất kháng giửa các máy phát đang làm việc song song và để bổ chính sụt áp trên máy biến thế chính của khối máy phát- máy biến thế

Đầu vào khối dòng kháng gồm có:

- Điện áp giửa pha A và pha C của biến điện áp máy phát

- Từ máy biến dòng pha B qua các biến áp trung gian

Đầu ra của khối dòng kháng đưa tới:

- Khối điện áp để bổ chính sụt áp trên máy biến áp chính

- Khối đặt trước điện áp để tự động thay đổi trị số đặt

- Khối hạn chế dòng kích thích cực tiểu, trong trường hợp máy phát làm việc ở chế độ bù đồng bộ

5- Khối dòng điện

Khối dòng điện dùng để đo dòng rotor hoặc dòng stator của máy phát đồng bộ, tạo đạo hàm bậc nhất dòng rotor và tạo điện áp tỉ lệ với dòng rotor đưa đến khối đo quá nhiệt rotor và khối hạn chế dòng rotor

Đầu vào khối dòng điện:

- Từ biến dòng điện TA11 sau biến áp kích từ TE

- Từ biến dòng điện stator pha B

Đầu ra khối dòng điện:

- Tín hiệu đạo hàm dòng rotor đưa tới khối khuyếch đại

- Các mức tương ứng với dòng rotor cung cấp cho khối hạn chế dòng cường hành

- Tín hiệu dòng stator đưa đến khối hạn chế cường hành

6- Khối tần số và bảo vệ

Khối tần số và bảo vệ dùng để tạo tín hiệu tỉ lệ với độ lệch tần số và đạo hàm tần số, để điều chỉnh kích thích máy đồng bộ nhằm cản dịu dao động trong hệ thống điện trong các chế độ quá độ, và để cắt các kênh độ lệch tần số và đạo hàm tần số khi tăng đồng thời điện áp máy phát đồng bộ và tần số (thí dụ khi cắt tải) cao hơn giá trị định trước, hoặc là khi tăng điện áp hoặc tần số cao hơn giá trị giới hạn cho phép

Đầu vào khối tần số và bảo vệ lấy từ đầu cực máy phát thông qua máy biến áp đo lường để tạo ra khi có lệch tần số và đạo hàm tần số, và một đầu vào lấy từ đầu cực máy phát qua máy biến áp đo lường để theo dõi sự thay đổi điện áp

Đầu ra khối này là tín hiệu độ lệch tần số và đạo hàm tần số đưa tới khối khuyếch đại

7- Khối cường hành

Khối cường hành dùng để liên động điều chỉnh kích thích theo đạo hàm bậc nhất điện áp máy phát vào thời điểm cắt ngắn mạch

Đầu vào khối cường hành làđộ lệch điện áp từ khối điện áp, khi có ngắn mạch trong lưới, độ lệch điện áp có giá trị âm lớn vượt giá trị đặt thì

đầu ra của nó có giá trị một điện áp âm không đổi, điện áp này đưa tới khối khuyếch đại và đi cường hành kích thích máy phát

Sau khi cắt ngắn mạch và phục hồi điện áp đến 0,98 tri số đặt điện áp, cường hành kích thích được cắt với thời gian duy trì khoảng 0,2s, qui định bởi hằng số thời gian do tụ điện và điện trở trong mạch

8- Khối tổng và khuyếch đại

Khối khuyếch đại dùng để cộng tất cả các tín hiệu điều chỉnh, khuyếch đại tín hiệu tổng và truyền tín hiệu vào hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu thyristor Cực tính của tín hiệu ra của khối khuyếch đại cùng dấu với cực tính của tín hiệu vào

Đầu vào khối khuyếch đại gồm:

- Tín hiệu đạo hàm điện áp từ khối điện áp

- Tín hiệu độ lệch điện áp từ khối điện áp

- Tín hiệu đạo hàm dòng rotor từ khối dòng điện

- Điện áp ra của khối cường hành

- Tín hiệu độ lệch tần số từ khối tần số

- Tín hiệu đạo hàm tần số từ khối tần số

Đầu ra khối khuyếch đại (đầu ra AVR) đưa tới hệ thống điều khiển thyristor, còn đưa tới khối kiểm tra hư hỏng AVR và khối nguồn để có thể

đo điện áp ra của AVR trong quá trình vận hành nhờ đồng hồ gắn trên khối nguồn

9- Khối kiểm tra

Khối này dùng để kiểm tra hư hỏng AVR, kiểm tra sự hư hỏng AVR thực hiện theo các yếu tố có điện áp đầu ra AVR và theo các dấu tương ứng giửa độ lệch điện áp và đầu ra của AVR Độ lệch điện áp tại đầu vào AVR khác không, và điện áp ra không có, thì AVR hư hỏng, tín hiệu hư hỏng đi cắt AVR ra khỏi chế độ làm việc chính và báo tín hiệu thông qua rơle trung gian

10- Khối hạn chế dòng kích thích cực tiểu

Khối này hạn chế nhận công suất kháng của máy phát từ lưới ở trị số cho phép, phụ thuộc vào công suất thực, bằng cách hạn chế dòng kích thích máy phát

Đầu vào khối này gồm:

- Điện áp pha B của stator máy phát

- Dòng điện pha B của stator máy phát

- Tín hiệu dòng công suất kháng từ khối dòng kháng

- Tín hiệu đạo hàm dòng rotor từ khối dòng điện

Đầu ra khối hạn chế dòng kích thích cực tiểu đưa tới đầu vào khối điện áp, và đi báo tín hiệu thông qua rơ le trung gian Khi máy phát nhận công suất kháng từ lưới ở giá trị nhỏ hơn cho phép thì khối này không ảnh hưởng đến dòng kích thích máy phát

12- Khối đo quá tải rotor

Khối này dùng để đo quá tải rotor của máy phát, hạn chế thời gian quá tải phụ thuộc vào tình trạng nhiệt độ của máy phát, hạn chế phụ tải trong chế độ nguội dần của máy phát khi cấm quá tải lập lại.trường hợp cho phép quá tải lặp lại, nếu quá tải lặp lại diễn ra trước lúc máy phát nguội hoàn toàn thì mô hình nhiệt một lần nữa chuyển sang chế độ kiểm tra phát nóng máy phát, còn bộ ghi nhận phát nóng trạng thái nhiệt của máy phát ở chế độ ngay trước đó

Hoạt động khối này dựa trên hàm hyperpol gần đúng từng đoạn của đặc tính quá tải của máy phát

Đầu vào của khối đo quá tải là tín hiệu dòng rotor từ khối dòng điện Đầu ra của khối đo quá tải rotor đưa tới khối hạn chế dòng rotor và báo tín hiệu quá tải rotor thông qua rơ le trung gian

13- Khối hạn chế dòng rotor

Khối hạn chế dòng rotor dùng để hạn chế dòng rotor trong chế độ quá tải khi quá nhiệt rotor, hạn chế dòng rotor ở giá trị định mức khi có lệnh cấm cường hành và để hạn chế dòng rotor trong chế độ cường hành ở giá trị hai lần định mức

Đầu vào khối hạn chế dòng rotor gồm:

- Tín hiệu dòng rotor từ khối dòng điện tạo ra

- Tín hiệu cấm cường hành không cho vượt quá dòng Irotor định mức từ sơ đồ rơ le bên ngoài

- Tín hiệu dòng stator từ khối dòng điện tạo ra

- Tín hiệu cường hành từ khối cường hành

- Tín hiệu quá tải từ khối đo quá tải rotor

Đầu ra của khối này đưa tới khối kiểm tra và giới hạn giá trị đầu ra của AVR ở giá trị tính toán, đồng thời đưa tín hiệu ra ngoài qua rơ le trung gian khi khối hạn chế làm việc

14- Khối rơ le trung gian

Khối này dùng để cách ly về điện cho các mạch tín hiệu ra của AVR với mạch điện áp thao tác của nhà máy

Nguồn cung cấp cho khối này lấy từ khối nguồn cung cấp chính hoặc khối nguồn dự phòng

Các tín hiệu đưa ra ngoài từ quá trình xử lý của AVR là:

- Báo hư hỏng AVR

- Báo tín hiệu đã sang bằng điện áp máy phát và điện áp lưới đưa tới bộ hoà đồng bộ chính xác

- Báo quá tải rotor khi 1,1Iđm

- Báo quá nhiệt rotor

- Báo khối hạn chế dòng rotor 2Iđm làm việc

- Báo giới hạn dòng kích thích cực tiểu làm việc

15- Khối nguồn cung cấp chính

Đầu vào khối nguồn là nguồn xoay chiều 3×380, 50Hz từ tổ máy qua các máy biến thế trung gian, tạo ra nguồn ổn áp một chiều ±12,6V và

±6,5V cung cấp cho các khối trong AVR Trên khối có đặt đồng hồ để theo dõi các thông số trong AVR như:

- Kiểm tra nguồn nuôi AVR

- Điện áp đặt của khối đặt trước điện áp

- Độ lệch điện áp từ khối điện áp

- Dòng rotor

- Dòng stator

- Độ lệch tần số

- Điện áp ra của AVR

- Thành phần dòng kháng stator

- Thành phần dòng thực stator

16- Khối nguồn dự phòng

Khối này củng tạo ra nguồn ổn áp một chiều ±12,6V và ±6,5V, nguồn cung cấp cho khối này lấy từ hệ thống accu nhà máy, nguồn này sẽ làm việc khi nguồn cung cấp cho khối nguồn chính giảm tới 0,8Uđm hoặc khi hư hỏng khối nguồn chính

KHỐI CÔNG SUẤT KHÁNG

KHỐI

ĐO

DÒNG ĐIỆN

KHỐI

ĐO QUÁ NHIỆT

KHỐI HẠN CHẾ

KHỐI

TẦN SỐ VÀ BẢO VỆ

KHỐI KIỂM TRA

KHỐI HOÀ ĐIỆN

U LƯỚI

U AVR

LIÊN ĐỘNG MÁY CẮT ĐẦU CỰC

ΔU

ΔU /

f

Hình3-1 SƠ ĐỒ KHỐI AVR

IV- Các sự cố dẫn tới cắt AVR

- Khi hư hỏng AVR

- Mất tín hiệu điện áp từ đầu cực máy phát đưa tới AVR

- Mất nguồn cung cấp xoay chiều và một chiều

- Khi không tải điện áp máy phát lớn hơn 1,15Uđm

- Khi hư hỏng bộ hạn chế dòng rotor 2Iđm

- Thời gian cường hành kéo dài trên 65s

- Thời gian quá tải rotor 1,1Iđm trên 10 phút

CHƯƠNG 4

PHẦN MỀM PSIM

I- Giới thiệu phần mềm PSIM

PSIM là phần mềm mô phỏng đặc trưng riêng được thiết kế cho điện tử công suất và điều khiển mô tơ, với phân tích nhanh,dễ giao tiếp và xử lý dạng sóng, psim cung cấp môi trường mô phỏng mạnh cho việc phân tích biến đổi nguồn, thiết kế vòng điều khiển,và nghiên cứu hệ thống điều khiển mô tơ

Trong psim cho kết hợp cả hai mô đun điều khiển động cơ và mô đun điều khiển số Mô đun điều khiển động cơ để xây dựng những mô hình máy phát và mô hình tải của máy phát cho việc nghiên cứu hệ thống điều khiển Mô đun điều khiển số cung cấp những phần tử rời rạc như là các khối zero- order hold, những khối biến đổi hàm z, những khối tính toán, bộ lọc số, cho việc phân tích điều khiển số

Sự mô phỏng trong phần mềm psim bao gồm ba chương trình là tạo

sơ đồ mạch điện trong simcad, mô phỏng psim, và chương trình xử lý dạng sóng trong simview, sự mô phỏng theo hình 4- 1 sau

Hình 4- 1: Qúa trình mô phỏng trong psim

Một sơ đồ được trình bày trong psim gồm bốn khối đó là khối mạch nguồn, khối điều khiển, những cảm biến, và những công tắc điều khiển, hình 4- 2 trình bày sự liên quan giửa các khối này

Hình 4- 2: Sự liên quan các phần tử trong mạch điện

Mạch lực bao gồm những thiết bị như những nhánh RLC, máy biến thế, và hổ cảm Mạch điều khiển được trình bày trong các sơ đồ khối, thành phần như các hàm biến đổi, thành phần logic như là cổng logic và flip flop, và thành phần phi tuyến như là phép nhân và phép chia có thể dùng trong mạch điều khiển Cảm biến đo lường mạch lực như đo điện áp, dòng điện và truyền những giá trị này vào trong mạch điều khiển Các tín hiệu được phát ra ở mạch điều khiển đưa tới mạch lực thông qua các công tắc điều khiển

Psim chạy trong môi trường window (95/ 98/ NT/ 2000), bộ nhớ RAM yêu cầu tối thiểu là 32 MB

Tham số cho mổi thành phần trong psim có hai bản, một là bản tham số của phần tử cần mô phỏng, tham số này được dùng trong quá trình mô phỏng, bản thứ hai là những thông tin khác như thông tin về giá trị thiết bị, nhà sản xuất vv… bản này không dùng để mô phỏng

II- Các thành phần dùng để mô phỏng trong PSIM

a- Thành phần mạch lực

1- Những nhánh điện trở- cảm kháng- tụ điện

2- Những công tắc

- Diod và diod zener

- GTO, transistor, công tắc bán dẫn

- Những công tắc tuyến tính

- Những mô đun công tắc một pha

- Những mô đun công tắc ba pha

3- Điện dẫn hổ cảm

4- Máy biến áp

- Máy biến áp lý tưởng

- Máy biến áp một pha

- Máy biến áp ba pha,

5- Mô đun điều khiển động cơ

- Máy điện một chiều

- Máy điện điện cảm

- Máy điện một chiều không chổi than

- Máy điện đồng bộ

- Máy điện đồng bộ với từ trường nam châm vĩnh cửu

6- Tải máy điện

- Tải momen hằng số

- Tải công suất hằng số

- Tải tốc độ hằng số

- Tải tổng quát

7- Khối giao tiếp giửa điện và máy

b- Thành phần mạch điều khiển

1- Khối hàm biến đổi

- Khối điều khiển tỉ lệ

- Khối căn bậc hai

- Khối hàm mủ và lũy thừa

- Khối hàm tuyệt đối và Khối hàm tín hiệu

- Khối hàm lượng giác

- Khối biến đổi fourier nhanh

3- Khối những hàm khác

- Khối so sánh

- Khối giới hạn

- Khối tạo bản

- Khối tạo sóng tam giác và tạo sóng vuông

- Khối lấy mẩu và nhớ

- Khối làm tròn

- Khối tạo thời gian trễ

- Khối dồn kênh

4- Khối những mạch con

- Khối khuyếch đại

- Khối lọc sóng hài

5- Khối những thành phần logic

- Những cổng logic

- Các Fliplop

- Bộ đếm xung, vv

6- Mô đun điều khiển số

- Khối zero- order hold

- Khối biến đổi hàm Z như tích phân, vi phân, và bộ lọc số

- Khối tạo dữ liệu dãy

- Khối đọc bộ nhớ vvv…

c- Những thành phần khác

1- Khối điều khiển sự mô phỏng

2- Khối thời gian

- Khối file tham số

3- Nguồn dòng hoặc áp độc lập

- Nguồn một chiều

- Nguồn xoay chiều sin

- Nguồn sóng vuông

- Nguồn sóng tam giác