Lời giải đề cương môn TRẠM PHÁT dự phòng

+ Với cấu trúc như vậy, hệ thống chỉ điều chỉnh được với nguyên nhân làcường độ dòng tải, còn các nguyên nhân khác hệ thống không điều chỉnh được.Chính vì vậy, hệ thống phức hợp dòng khô

Chương 1 ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM PHÁT ĐIỆN

1 Tại sao phải ổn định điện áp máy phát ?

+ Ngày nay, các trạm phát điện chủ yếu dùng máy phát đồng bộ xoay chiều 3pha Đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ xoay chiều 3 pha :

U = f(IT) cos = const IKT = const n = const

U1

E0U

cos = 0 ( = 900)

cos = 0,8 ( > 0) cos = 1 (= 0) cos = 0,2 ( < 0) cos = 0 ( = -90 0 )

U

% 100

1

+ Tải thực tế của máy phát xoay chiều là tải hỗn hợp giữa R và L (Tải mangtính chất cảm kháng :  > 0) Do vậy khi IT tăng dẫn đến UMF giảm Nếu như vớicùng giá trị dòng tải, khi giá trị cos  thay đổi (Tính chất tải thay đổi) thì U cũngthay đổi

+ Tất cả các thiết bị điện là phụ tải của máy phát điện hay các khí cụ trang bịtrong hệ thống năng lượng đều được chế tạo để làm việc với một điện áp nhất địnhgọi là điện áp định mức Nếu điện áp có thay đổi thì giá trị cho phép là rất nhỏ ,khoảng từ (2  3)% Uđm Nếu điện áp thay đổi lớn sẽ ảnh hưởng đến chất lượngcủa ánh sáng, tốc độ động cơ và đến lực hút của các công tắc tơ, rơle Trong trườnghợp U >U đm ảnh hưởng đến tuổi thọ của chúng

2 Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp máy điện xoay chiều đồng bộ ?

+ Đối với máy phát xoay chiều đồng bộ 3 pha , ta có phương trình cân bằngđiện áp như sau:

I R I X j E

Ukt   Trong đó:

U: Điện áp ra của máy phát

EKT: Suất điện động của máy phát

X: Trở kháng đồng bộ

R: Điện trở cuộn dây stator

I : Dòng điện tải của máy phát

+ Từ phương trình trên ta thấy , đối với máy phát xoay chiều đồng bộ, có 4nguyên nhân gây ra sự thay đổi điện áp:

- Khi cường độ dòng tải thay đổi:

- Khi tính chất tải thay đổi:

- Khi tốc độ rôto thay đổi:

3 Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch ?

SS: Bộ so sánh

kt Ikt CL

 U = U0 - UMF

U o

UMF

MF K§

SS

KĐ: Bộ khuyếch đạiCL: Bộ chỉnh lưu

UMF: Điện áp máy phát

U0: Điện áp cho trước

Hình 1.2+ Phần tử so sánh nhận tín hiệu so sánh là U MF Điện áp này so sánh với điện

áp cho trước rồi đưa ra tín hiệu sai lệch U = U0 - UMF Tín hiệu sai lệch này đượckhuếch đại, sau đó điều khiển bộ chỉnh lưu , từ đó điều chỉnh được dòng kích từmáy phát

Khi : UMF  U  IKt  UMF

UMF  U  IKt  UMF + Ưu điểm của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nguyên lý độ lệch:

- Hệ thống đơn giản, kích thước và trọng lượng nhỏ

Bd: Biến dòng

CL1, CL2: Chỉnh lưuMF: Máy phát

KT: Cuộn dây kích từ máyphát

Hình 1.5+ Hệ thống phức hợp dòng có 2 phản hồi: đó là phản hồi áp U và phản hồi dòng I

+ Hệ thống phức hợp dòng là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu áp được cộng lại với nhau phía một chiều (Sau chỉnh lưu)

+ Với cấu trúc như vậy, hệ thống chỉ điều chỉnh được với nguyên nhân làcường độ dòng tải, còn các nguyên nhân khác hệ thống không điều chỉnh được.Chính vì vậy, hệ thống phức hợp dòng không được ứng dụng nhiều Nó chỉ hayđược dùng kết hợp với nguyên lý độ lệch

5 Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu : Hệ thống phức hợppha ?

+ Hệ thống phức hợp pha là hệ thống điều chỉnh theo hai nhiễu chính, đó là:cường độ dòng tải I và tính chất tải cos 

+ Hệ thống phức hợp pha là hệ thống có tín hiệu áp và tín hiệu dòng đượccộng pha với nhau (Cộng véctơ) hay còn gọi là cộng phía xoay chiều (Trước chỉnhlưu)

+ Hệ thống phức hợp pha được chia làm 2 loại:

- Hệ thống phức hợp pha song song: là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu

áp cộng song song với nhau (Hình 1.6)

- Hệ thống phức hợp pha nối tiếp: là hệ thống có tín hiệu dòng và tín hiệu ápcộng nối tiếp với nhau (Hình 1.7)

+ It = KI là dòng thứ cấp biến dòng; I: dòng điện máy phát

+ Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản, độ bền và độ tin cậy cao

- Có khả năng cường kích lớn và tính ổn định động tốt (Không giao động,thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh nhỏ)

- Kích thước lớn: vì có biến dòng và cuộn cảm

- Khả năng tự kích kém (Để cải thiện quá trình tự kích cần mắc thêm tụđiện)

- Chỉ điều chỉnh được với cường độ dòng tải và tính chất tải

6 Nguyên lý tự động điều chỉnh điện áp kết hợp ?

+ Để lợi dụng được những ưu điểm cơ bản của nguyên lý điều chỉnh theonhiễu và nguyên lý điều chỉnh theo độ lệch , người ta xây dựng hệ thống điềuchỉnh điện áp theo nguyên lí kết hợp:

- Kết hợp giữa phức hợp dòng và độ lệch (Hình 1.13).

Hình 1.12 Hình 1.13

1: Biến dòng, 2: Biến áp, 3: Chỉnh lưu Diode, 4: Chỉnh lưu Tiristor; 5: Phần tử so sánh, 6: Khuyếch đại và tạo xung, 7: Cuộn cảmHình 1.12 :

- Máy phát F có 2 cuộn kích từ, từ thông của hai cuộn ngược chiều nhau

- Dòng kích từ chính tạo ra từ thông 1 , được cấp từ mạch phức hợp pha , bao gồm: Biến áp phức hợp 1, Cuộn cảm 7, Diode 3

- Mạch hiệu chỉnh theo độ lệch bao gồm: Cuộn kích từ tạo ra từ thông 2, Tiristor 4, khối so sánh 5, Khối khuyếch đại và tạo xung 6

- Khi không có từ thông 2 , điện áp MF bằng 110%Uđm Khi có từ thông 2, điện áp MF được kéo xuống bằng U đm

Hình 1.13 :

- Mạch phức hợp dòng bao gồm: Biến dòng 1, Diode 3

- Mạch hiệu chỉnh theo độ lệch bao gồm: Tiristor 4, Biến áp 2, Khối so sánh5,

Khối khuyếch đại và tạo xung 6

- Máy phát F có một cuộn dây kích từ

- Tín hiệu phần phức hợp dòng và phần hiệu chỉnh theo độ lệch được cộngđiện với nhau.

7 Thuyết minh sơ đồ các hệ thống tự động điều chỉnh điện áp :

a Theo nguyên lý độ lệch bằng bán dẫn

b Theo nguyên lý phức hợp pha song song

c Theo nguyên lý kết hợp

Chương 2 CÔNG TÁC SONG SONG CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN

1 Ưu điểm của trạm phát có các máy phát công tác song song ?

Nguồn điện dự phòng cho các phụ tải trong các hệ thống điện của các nhàmáy, các công ty, các công trường.v.v có thể lấy từ một tổ máy phát Diesel hoặc

từ nhiều tổ máy phát Diesel công tác song song với nhau Trạm phát điện dự phòng

có công suất lớn thường có từ 2 tổ máy phát Diesel trở lên Các máy phát điện này

có thể công tác song song với nhau

* Ưu điểm của trạm phát có các máy phát công tác song song là:

+ Tạo điều kiện giảm bớt các thiết bị chuyển mạch và dây cáp nối các phần tử

và thiết bị với nhau

+ Giảm bớt trọng lượng kích thước của các thiết bị phân phối điện

+ Bảo đảm nguồn điện liên tục cho các phụ tải trong mọi trường hợp (ngay cảkhi chuyển tải từ máy này sang máy khác)

+ Giảm bớt sự dao động điện áp khi tải tăng đột ngột

+ Nâng cao hiệu suất sử dụng công suất của các tổ máy phát

* Nhược điểm:

+ Đòi hỏi người sử dụng có trình độ cao về chuyên môn

+ Độ lớn dòng ngắn mạch tăng, cần phải có các thiết bị bảo vệ ngắn mạchphức tạp và bảo vệ công suất ngược

+ Sự phân chia tải phức tạp

2 Khái niệm về hòa đồng bộ chính xác – Phương pháp hòa bằng đèn tắt ?

+ Hoà đồng bộ chính xác: Tại thời điểm đóng mát phát lên thanh cái, tất cảcác điều kiện phải được thoả mãn.

U1, U2: Biên độ của điện áp pha lưới và máy phát

1, 2: tần số góc của điện áp lưới và máy phát

1, 2: góc pha đầu của điện áp lưới và máy phát

+ Khi hoà ta phải có: uA1 = uA2 ; uB1 = uB2 ; uC1 = uC2

+ Muốn điều kiện trên thoả mãn ta phải có:

Hình 2.1

* Khi sử dụng đèn tắt ta cần thực hiện các bước sau :

+ Kiểm tra sự bằng nhau của 1 và 2: Thực tế , để điều chỉnh cho 1 = 2 làkhông thể thực hiện được.Ta cố gắng điều chỉnh sao cho 2 > 1 và 2 - 1  CP

CP là sai số tần số góc cho phép ( Tần số máy phát định hoà lớn hơn tần số lướimột giá trị cho phép )

+ Kiểm tra sự bằng nhau của điện áp U1 = U2 bằng vôn kế ( Tốt nhất kiểm trabằng một vôn kế )

+ Kiểm tra thứ tự pha: Các đèn tắt đồng thời ( Thực tế sau khi đấu dây vàkiểm tra thứ tự pha của các máy phát đã đúng )

+ Kiểm tra véctơ điện áp các pha tương ứng trùng nhau : các bóng đều tắt

Kết luận : Khi tốc độ tắt sáng của các đèn chậm, ta đóng áp tô mát đưa máy

phát vào lưới khi các đèn chuẩn bị tắt

MF

A B C

Hình 2.2 Sơ đồ đấu dây hệ thống đèn tắt

Chú ý: Nếu U1  U2 : Các đèn không bao giờ tắt

1  2 : Các đèn không tắt

3 Khái niệm về hòa đồng bộ chính xác – Phương pháp hòa bằng đèn quay ?

Hệ thống đèn quay.

+ Nhược điểm của hệ thống đèn tắt là không biết được dấu của f = f2 - f1 (

= 2 - 1) Để khắc phục nhược điểm trên, người ta dùng hệ thống đèn quay

Hình 2.3.Sơ đồ đấu dây hệ thống đèn quay

Nhanh

2 3

+ Nếu tần số của điện áp máy phát định hoà lớn hơn tần số của điện áp lưới:Đèn sẽ quay theo chiều 123123 (f2 > f1, 2 > 1)

+ Nếu f2 < f1 đèn sẽ quay theo chiều 132132

+ Nếu tốc độ quay của các đèn nhanh , ta cần phải chỉnh nhiên liệu vào cácđộng cơ Diesel lai các MF để giảm tốc độ quay của các đèn:

- Nếu quay theo chiều 123123: Phải giảm nhiên liệu vào Diesel lai máy phátđịnh hoà

- Nếu quay theo chiều 132132: Phải tăng nhiên liệu vào Diesel lai máy phátđịnh hoà

+ Ta sẽ đóng máy phát vào lưới khi tốc độ quay các đèn thật chậm và khiđèn 1 tắt, đèn 2 và 3 sáng như nhau

4 Khái niệm về hòa đồng bộ chính xác – Phương pháp hòa bằng đồng bộ kế ?

5

2 1

6 3

+ Lõi từ 1 được chế tạo hình chữ Z được đặt trong cuộn dây 2 Cuộn dây 2được đấu với lưới như hình vẽ Lõi 1 có thể quay tròn trên 2 gối đỡ 3 - 3 Phíangoài cuộn dây 2 được đặt hai cuộn dây 4 và 5 lệch pha nhau một góc 1200 điện vàđược đấu với máy phát định hoà như hình vẽ Kim 6 được gắn với lõi quay 1.

+ Khi đóng điện đưa đồng bộ kế vào hoạt động, các cuộn dây 2, 4, 5 sẽ tạothành từ trường quay Lõi 1 sẽ quay theo chiều nhất định phụ thuộc vào dấu của f

= f1 - f2

- Nếu f2 > f1 kim 6 quay theo chiều kim đồng hồ (Nếu kim quay ngược ta phảiđảo hai đầu dây của cuộn 4 và 5 cho nhau)

- Nếu f2 < f1 kim 6 quay ngược chiều kim đồng hồ

- Tốc độ quay của kim phụ thuộc vào độ lớn của f

- Nếu kim quay nhanh ta phải chỉnh nhiên liệu vào Diesel lai máy phát để chokim quay thật chậm và theo chiều kim đồng hồ bằng cách: nếu kim quaynhanhtheo chiều kim đồng hồ ta phải giảm nhiên liệu vào Diesel lai máy phát địnhhoà và ngược lại

+ Ta sẽ đóng áp tô mát máy phát khi kim đồng bộ kế quay thật chậm và gầnđến vạch chuẩn

5 Khái niệm về hòa đồng bộ tự động ?

+ Hệ thống tự động hoà đồng bộ toàn phần là hệ thống không chỉ phát tín hiệuđóng aptômát máy phát định hoà vào lưới mà còn phát tín hiệu điều chỉnh tần sốmáy phát định hoà

+ Hệ thống tự động hoà đồng bộ hoàn chỉnh phải có đầy đủ các chức năngsau:

- Kiểm tra điện áp máy phát định hoà: U1 = U2

- Kiểm tra tần số máy phát định hoà

- Điều chỉnh cân bằng tần số f1 = f2

- Chọn thời điểm gửi tín hiệu đóng áptômát máy phát định hoà

+ Trong thực tế , để điều chỉnh U1 = U2 và f1 = f2 là không thể thực hiện được.Với sự khác nhau nhỏ giữa U1 với U2; f1 với f2 thì xung dòng xuất hiện khi hoà làkhông lớn Các giá trị chênh lệch cho phép là: U = (6  8)%Uđm; f = (0,01 0,3) Hz

+ Trong trạm phát điện xoay chiều , muốn hoà một máy phát vào lưới cầnthoả mãn 3 điều kiện sau:

U1 = U2 f1 = f2  = 0

Trong đó:  là góc lệch pha giữa 2 vectơ điện áp pha tương ứng

6 Tự động hòa đồng bộ theo nguyên lý thời gian trước ?

+ Hệ thống được xây dựng dựa trên việc kiểm tra các điều kiện:

1

t U

k1 là hệ số truyền tạo ra US



2 cos

2

t U

k dt

2 cos

2

2

1 2

2

2

2

k

k k

k

S S

k



t1: thời gian trễ của hệ thống

t2: thời gian trễ của áptômat

+ Khi S càng nhỏ thì độ biến thiên US càng nhỏ (

dt

dU S

càng nhỏ) Nhưng ta

có thời gian kể từ khi U dU dt S

S  đến khi US = 0 là không đổi , tức không phụthuộc vào giá trị S

+ Nếu dùng phân tử lôgic để thực hiện ta có:

+ Hệ thống được xây dựng dựa trên việc kiểm tra các điều kiện sau:

1 U1 = U2

2 S = 2 - 1 = SCP  TSCP = 2Π/SCP

3 Phải phát lệch đóng áptômát trước 1 góc T = (t1 + t2).SCP

Trong đó: t2: thời gian trễ của áptômát

t1: thời gian trễ của hệ thống

+ Nếu dùng phần tử lôgic để thực hiện ta có sơ đồ như sau:

+ Nhìn vào đồ thị: khi S > SCP hoặc S < SCP thì khi tiếp điểm áptômát tiếpxúc với nhau ta có US  0  dòng cân bằng khác không  không được phép

+ Phương pháp này chỉ hoà khi S = SCP còn S < SCP không hoà được (thực

tế khi S < SCP hoà là rất tốt)

 TT U

t

Hình 2.8 T = (t1 + t2).SCP

+ Nhìn vào đồ thị: khi S > SCP hoặc S < SCP thì khi tiếp điểm áptômát tiếpxúc với nhau ta có US  0  dòng cân bằng khác không  không được phép

+ Phương pháp này chỉ hoà khi S = SCP còn S < SCP không hoà được (thực

+ Tải phản tác dụng là tải mang tính cảm kháng Việc phân chia tải phản tácdụng được thực hiện nhờ việc thay đổi trị số dòng kích từ Trị số dòng kích từ phụthuộc vào công tác của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp của các máy phát + Trong trạm phát điện có các máy công tác song song, để phân chia tải tácdụng ta thay đổi lượng nhiên liệu vào các động cơ bằng cách thay đổi tham số chotrước của bộ điều tốc Để phân chia tải phản tác dụng ta thay đổi dòng kích từ củacác máy phát

+ Việc phân chia tải tác dụng và phản tác dụng giữa các MF công tác songsong phải tỉ lệ với công suất tác dụng và phản tác dụng định mức của các máy phát

Pn dm

P

P dm P

P dm P P

Qndm

Qn dm

Q

Q dm Q

Q Q

2 1

1

3

3 2

2 1

1

Trong đó:

Q1, P1: Công suất phản tác dụng và tác dụng của máy 1 đang nhận

Q2, P2: Công suất phản tác dụng và tác dụng của máy 2 đang nhận

Q3, P3: Công suất phản tác dụng và tác dụng của máy 3 đang nhận

Qn, Pn: Công suất phản tác dụng và tác dụng của máy n đang nhận

Q1đm, P1đm: Công suất phản tác dụng và tác dụng định mức của máy1

Qnđm, Pnđm: Công suất phản tác dụng và tác dụng định mức của máyn

 Nếu công suất định mức của các máy bằng nhau thì việc phân chia tảiphản tác dụng và tác dụng giữa các máy phải bằng nhau Nếu có khácnhau thì phải nằm trong sai số cho phép (Không quá 10% Qđm và 10%

Pđm)

 Nếu có sự phân chia tải phải tác dụng không đều giữa các máy, vượtquá giới hạn cho phép sẽ gây ra các tác hại sau:

1 Máy phát này nhận toàn bộ tải phản tác dụng của máy kia dẫn đến

1 máy bị cắt ra khỏi lưới do quá tải về dòng điện

2 Hiệu suất sử dụng của máy có tải phản tác dụng lớn sẽ thấp

3 Tăng tổng hao trong các cuộn dây vì luôn có dòng cân bằng chạytrong hai máy nếu máy này là tải phản tác dụng của máy kia

 Để thực hiện phân chia tải phản tác dụng cho các máy phát công tácsong song, người ta có các phương pháp sau:

1 Điều chỉnh độ nghiêng của đặc tính ngoài của các máy phát: U =f(Ipt)

2 Nối dây cân bằng

9 Phân chia tải phản tác dụng theo độ nghiêng đặc tính ngoài ?

Phân chia tải phản tác dụng theo độ nghiêng đặc tính ngoài

U tg

K

U tg

K

U tg

1 1 (

2

n

i i

K K

K U Iq



Iq U

1

1 1

2 1

2 Nếu Kj = 0 (Đặc tính song song với trục hoành) ở máy thứ j thì hệ thốngkhông thể phân chia tải phản tác dụng được

3 Với các máy có cùng công suất phản tác dụng định mức thì phân chia tảiphản tác dụng phải đều nhau

4 Nếu các máy có công suất phản tác dụng định mức khác nhau, để phân chiatải phản tác dụng ta phải điều chỉnh đặc tính ngoài trong hệ toạ độ tương đốitrùng nhau

dm n

n dm

dm

Iq Iq

Iq Iq

Iq Iq

2 1

1

 Như ta đã biết: Muốn thay đổi độ nghiêng đặc tính ngoài U = f(Iq) đểphân chia tải phản tác dụng giữa các máy phát công tác song song thì taphải thay đổi độ hữu sai của hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệchhoặc hệ thống điều chỉnh điện áp kết hợp có kênh hiệu chỉnh theo độlệch

)

1

1 1 (

2 1

1

n j

n

i i j

K K

K K

Iq Iq

Hình 2.13

Ta có:

tp

tq K R I I

R K Urs Up It K R Urs

Up     

 Ta thấy sự ảnh hưởng của thành phần dòng tải tác dụng R K ITP lên giátrị UP là rất bé , còn sự ảnh hưởng của thành phần dòng tải phản tácdụng K.R.Itq là lớn Do vậy ta có thể coi:

Up  URS + K.R Itq

 U = U0 - URS - K.R.Itq

Kết luận: - Ta có độ nghiêng của đặc tính U = f(Iq) phụ thuộc vào độ lớncủa Itq

- Muốn thay đổi độ nghiêng ta thay đổi giá trị biến trở R

Chương 3 BẢO VỆ TRẠM PHÁT ĐIỆN

1 Các nhiệm vụ và các yêu cầu đối với các thiết bị bảo vệ trạm phát điện ?

+ Trong quá trình vận hành, khai thác trạm phát điện, luôn luôn có khả năngxảy ra sự cố hoặc hư hỏng, chính vì vậy cần phải có các thiết bị bảo vệ

* Nhiệm vụ của các thiết bị bảo vệ:

1 Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố khỏi những phần tử khác đanghoạt động bình thường

* Các yêu cầu đối với các thiết bị bảo vệ: