Giáo trình An toàn điệnVật liệu điện (Nghề Điện công nghiệp)

Kết cấu của máy đồng bộ cực ẩn: - Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối trục, gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần không phay rãnh hình thành mặt cự

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

MÔN H ỌC/ MÔ ĐUN VẬN HÀNH THIẾT BỊ ĐIỆN NGÀNH/NGH Ề: vẬN HANH THỦY ĐIỆN ( Áp d ụng cho Trình độ trung cấp )

LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017

L ỜI GIỚI THIỆU

Vận hành thiết bị điện trong nhà máy thủy điện ở nhà máy thủy điện Việc giai quyết đúng dắn về vấn đề vận hành các nhà máy thủy điện chúng sẽ mang lại lợi ích không

nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc dân nói chung và hệ thống điện nói riêng Muốn giải quyết được vấn đề nêu trên cần có những hiểu biết toàn diện, sâu sắc không những về nhà máy điện mà cả về hệ thống năng lượng phần nào đáp ứng nhu cầu của bạn đọc, các cán

bộ giảng dạy thuộc khoa điện – điện tử trường Cao đẳng Lao Cai biên soạn cuốn sách này

dựa trên kết quả nghiên cứu, giảng dạy nhiều năm và các tài lệu mới xuất bản

Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê

Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm khuyết; rất mong các thầy cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng được

mục tiêu đào tạo của môn học nói riêng và ngành vận hành thủy điện cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung

Lao Cai, tháng năm 2020 Nhóm biên soạn 1 Lại Văn Dũng

M ục lục

Bài 1: V ận hành máy phát điện đồng bộ

1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số cơ bản của máy phát điện

2 Hệ thống kích từ của máy phát điện đồng bộ

3 Phương thức vận hành máy phát điện đồng bộ

4 Khởi động, hoà lưới, tách lưới và dừng máy phát điện

5 Vận hành máy phát điện

6 Xử lý sự cố máy phát điện

* Kiểm tra

Bài 2: V ận hành máy biến áp

1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số vận hành máy biến áp

2 Vận hành máy biến áp

3 Vận hành và xử lý sự cố bất thường của máy biến áp

* Kiểm tra

Bài 3: V ận hành động cơ điện

1 Quy định về thao tác, các thông số vận hành và giám sát sự làm việc của động cơ điện

2 Vận hành và xử lý sự cố bất thường của động cơ:

Bài 4: V ận hành khí cụ điện

1 Các chỉ tiêu kỹ thuật và phân loại của khí cụ điện

2 Giám sát sự làm việc của khí cụ điện khi vận hành bình thường

3 Thao tác khí cụ điện và những điều kiện khi vận hành

4 Vận hành máy biến điện áp

5 Vận hành máy biến dòng điện

Bài 7: V ận hành hệ thống điện một chiều

1 Vận hành hệ thống một chiều

2 Xử lý sự cố đối với hệ thống điện một chiều

Bài 1: V ận hành máy phát điện đồng bộ

1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số cơ bản của máy phát điện

 Kết cấu của máy đồng bộ cực ẩn:

- Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối trục, gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần không phay rãnh hình thành mặt cực

từ Máy có thể được chế tạo với số cực từ 2p = 2 và 2p = 4 nên có tốc độ quay cao Máy đồng bộ hiện đại cực ẩn thường 2p = 2, D = 1,11  15 m ; lmax = 6,5 m tối đa roto

-Dây quấn kích từ đặt trong rãnh của roto được chế tạo dây đồng trần tiết diện

chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm Các vòng dây được cách điện vớí nhau Hai đầu của dây quấn thì đi luồn vào trong trục nối với hai vành trượt và chổi than

- Stator tương tự như của máy điện không đồng bộ, lõi thép được ép bằng tôn silic 741 dày 0,5 mm có phủ sơn cách điện 2 mặt, dọc theo lõi thép stator từ 3 6 cm

có rãnh thông gió ngang trục rộng 10 mm

 K ết cấu của máy đồng bộ cực lồi:

Các cực lồi được chế tạo với số cực 2p  4 Đường kính rôto D có thể lớn tới 15 m Chiều dài l nhỏ lại với tỉ lệ l/D = 0,15 đến 0,2

- Rôtor của máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ, trên

có đặt các cực từ

Hình 4.1 C ố định cực từ liên tiếp trên lõi thép

Cực từ trên lõi thép rotor được ghép bằng các lá thép dày 1 1,5 mm (hình 4.1), cố định cực từ trên lõi thép nhờ đuôi hình T, ốc v v

Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật, các cuộn dây sau khi gia công được lồng vào các thân cực

- Dây quấn cản (trường hợp máy phát điện đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy (trường hợp động cơ điện đồng bộ) được đặt trên các đầu cực Được làm bằng các thanh đồng hoặc nhôm, hai đầu cực được nối bằng hai vòng ngắn mạch Dây quấn

mở máy có điện trở lớn hơn dây quấn cản Dây quấn cản mục đích để cản dịu sự dao động của rotor khi có quá trình quá độ và làm bớt sự không đối xứng của các chế độ làm việc Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật, các cuộn dây sau khi gia công được lồng vào các thân cực

- Dây quấn cản (trường hợp máy phát điện đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy (trường hợp động cơ điện đồng bộ) được đặt trên các đầu cực Được làm bằng các thanh đồng hoặc nhôm, hai đầu cực được nối bằng hai vòng ngắn mạch Dây quấn

mở máy có điện trở lớn hơn dây quấn cản

Dây quấn cản mục đích để cản dịu sự dao động của rotor khi có quá trình quá độ và làm bớt sự không đối xứng của các chế độ làm việc

- Stator của máy điện đồng bộ cực lồi giống như stator của máy điện cực ẩn

- Trục của máy đồng bộ cực lồi có thể đặt nằm ngang như các động cơ đồng

bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điện Diêzen, máy phát tuốc bin nước công suất nhỏ

Hình 4.2 Dây qu ấn cản hoặc dây quấn mở máy của máy điện không đồng bộ

Đối với máy phát tuốc bin nước công suất lớn, tốc độ chậm, trục của máy được đặt thẳng đứng

Nguyên lí làm vi ệc của máy điện đồng bộ

Stator của máy điện đồng bộ có cấu tạo giống như stator của máy điện không đồng bộ Dây quấn ba pha hay m pha nói chung của stator cũng có số đôi cực như rotor Stator có dây quấn gọi là phần ứng Rotor của máy điện đồng bộ có cuộn dây kích từ, được cung cấp dòng điện một chiều từ nguồn qua 2 vòng tiếp xúc và chổi than Công dụng của cuộn kích từ là tạo ra trong máy một từ trường sơ cấp Rotor cùng cuộn kích từ gọi là phần cảm ứng

Nguyên làm việc như sau:

Cho dòng điện kích từ một chiều vào dây quấn kích từ trên rotor thì sẽ tạo ra từ trường rotor Khi quay rotor bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rotor sẽ cắt dây

quấn phần ứng stator và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu

dụng là:

0 1 44 , 4

E0, w1, kdq, 0 là s.đ.đ pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ rotor Nếu rotor có p đôi cực thì tần số của s.đ.đ sẽ là:

n p

hệ thống dòng điện đối xứng lúc đó máy sẽ làm việc ở chế độ máy phát Khi có tải dây quấn stator sẽ tạo nên theo đặc tính của nó 1 từ trường quay cùng như dây quấn

của stator của máy điện không đồng bộ Từ trường quay của stator sẽ quay theo chiều quay của rotor với tốc độ:

p

f

1 

thế f1 vào công thức trên ta có n = n1

Ngh ĩa là tốc độ quay của rotor bằng tốc độ từ trường quay Chính vì vậy được gọi là máy điện đồng bộ

Máy điện đồng bộ có thể làm việc như 1 động cơ, nếu mắc vào cuộn dây stator của

nó một dòng 3 pha của lưới Lúc này rotor quay theo chiều và với tốc độ như chính của trường stator

Các thông s ố cơ bản của MPĐ

tuabin nước roto cực lồi, mạch từ theo hướng dọc trục và ngang trục khác nhau: xd>xq;

- Điện kháng quá độ: x’d đặc trưng cho điện cảm cuộn dây stato ứng với mạch từ ở chế độ quá độ

- Điện kháng siêu quá độ xd’’ đặc trưng cho điện cảm của cuộn dây stato ở giai đoạn đầu của chế độ quá độ

- Hằng số quán tính Tj đặc trưng cho mô men quán tính phần quay của tổ máy (gồm MPĐ và tuabin)

2 Hệ thống kích từ của máy phát điện đồng bộ

฀ HT kích từ dùng MPĐ xoay chiều và chỉnh lưu

฀ HT kích từ dùng chỉnh lưu có điều khiển (áp dụng ở NM ta)

H ệ thống kích từ của Nhà máy:

zlb

105

104

v u

cj 101 102Q1

106

w

103

r9 krdc

c5 r5

c3 r3

c1 r1

t5 t3

d1 r8 r7 t1

krdb krda

r4 r6

c2 c4 c6 t2 t4 r2 t6

I f dk

pv1

d2

q2

yj c7

v

r13

fl2 Q2

203

u f r10

r14

fl1

pa1 a

204

f3 f2

f1

tbb emi

ac26v ac18v ac18v 0 c b a zlb

105 104

v u

cj

102

101 Q1

106

w

103

r9 krdc

c5 r5

c3 r3

c1 r1

t5 t3

d1

r8 r7 t1

krdb krda

r4 r6

c2 c4 c6

t2 t4

r2 t6

I f dk

203

u f r10

r14

fl1

pa1 a

204 U

ac26v ac18v ac18v 0 c b a

105

104

v u

cj 101 102Q1

106

w

103

f3 f2

f1

tbb emi

ac26v ac18v ac18v 0 c b a

Dùng chỉnh lưu có điều khiển không đối xứng, sử dụng Thyristor kết hợp với Diod Phù hợp với công suất đặt của tổ máy

3 Phương thức vận hành máy phát điện đồng

Các thông số định mức của máy phát điẹn: Là những thông số cho phép máy phát làm việc lâu dài: Như Pđm , Uđm , Iđm , Cos đm , UđmKT , IđmKT Trong qúa trình vận hành cho phép sai lệch so với định mức Bởi chế độ làm việc cho phép

Trước khi khởi động không để các vật lạ trong khu vực máy phát được phép

khởi động khi:

Hệ thống phanh được nhả ra

Có đủ dầu bôi trơn ở các ổ trục, ổ hướng máy phát

Nhiệt độ dầu tại các ổ trục không thấp dưới 100C

4 Khởi động, hoà lưới, tách lưới và dừng máy phát điện

Việc hoà máy phát điện vào lưới và nhà máy phát mang tải được thực hiện các bước

cơ bản sau:

- Khởi động đưa máy phát quay tới tốc độ định mức, đóng kích từ điều chỉnh

điện áp, tần số (bằng tay hoặc tự động) hoà tổ máy vào lưới Nâng dần công suất phát điện (Tốc độ nâng điện áp và phụ tải không quy định)

Máy phát không được phép làm việc với nhiệt độ không khí làm mát cao quá

400C Chế độ làm việc bình thường của máy phát nhiệt độ không khí làm mát không được quá +35%, máy phát không làm việc khi nhiệt độ làm mát thấp dưới 100C

Khi điện áp, dòng điện, tần số của máy phát thay đổi thì các giá trị cho phép của công suất và dòng điện Stato máy phát tương ứng với nhà chế tạo Giá trị không được vượt theo quy định sau:

- Điện áp đầu cực máy phát không vượt quá 110% (tức là không được vượt

quá 6,93 KV)

- Cho phép máy phát điện làm việc lâu dài với độ không cân bằng dòng điện Stato không vượt quá 20% Trong mọi trường hợp dòng điện Stato bất kỳ pha nào

cũng không vượt quá1,05 IđmF (không vượt quá 84,21A)

- Duy trì công suất định mức của máy phát điện với độ lêc điện áp  5% Khi điện áp ở máy phát điện thấp dưới 95% thì dòng điện Stato không được vượt quá 105% dòng điện định mức

- Tần số tuân thủ theo tần số lưới điện quốc gia

- Trường hợp phát điện độc lập cho phép tần số dao động 2,5% (48,75

51,25)Hz so với định mức (50Hz) thì cho phép máy phát thuỷ lực làm việc với công suất định mức

5 Xử lý sự cố máy phát điện

Khi phát hiện thấy các hiện tượng không bình thường trên nhân viên vận hành

phải báo cáo ngay cho trưởng ca biết và ghi vào sổ vận hành

Sau khi ngừng tổ máy và cắt điện các nguồn điện liên quan đến tổ máy Nhân viên phải đo điện trở cách điện của cuộn dây Stato, Rôto Ghi vào sổ theo dõi khi

ngừng tổ máy để sử lý mạch Stato hoặc cuộn dây Rô to

Khi xẩy ra chạm đất trong mạch kích từ thì phải tách máy phát ra khỏi để sửa

chữa

Bài 2: V ận hành máy biến áp

1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và các thông số vận hành máy biến áp

C ấu tạo của MBA

Gồm các bộ phận chính sau:

- Lõi thép: gồm hai phần trụ và gông

- Dây quấn: tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật

- Vỏ máy, bình giãn dầu

- Ống bảo hiểm

- Bộ chuyển nấc phân áp

- Cách đấu dây: thường là đấu sơ đồ Y/D; Y/Y/D; Y/Y…

- Tổ nối dây của MBA: tạo thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ cấp so với

kiểu nối dây thứ cấp, biểu thị góc lệch pha giữa Sđđ của cuộn dây sơ cấp

và thứ cấp

+ Góc lệch pha phụ thuộc: chiều quấn dây, cách ký hiệu các đầu dây, kiểu nối dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp

+ Có các tổ nối dây: bảng dưới

T ổ nối dây Cu ộn CA Cu ộn HA Bi ểu đồ véc tơ Nhóm n ối

10; 2

Y/D11

3; 7

Đối với mỗi loại MBA sản xuất, nhà chế tạo cho kèm theo lý lịch những thông số:

- Công suất định mức: Sđm là CS toàn phần đưa ra phía thứ cấp của MBA, đơn vị là VA, KVA, MVA

- Điện áp định mức: Uđm cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp hoặc sơ cấp thứ

cấp

- Dòng điện định mức Iđm của các cuộn dây MBA

- Điện áp ngắn mạch Uk%: là đại lượng đặc trưng cho điện trở và điện kháng

tản của dây quấn MBA, tính theo tỉ lệ % của điện áp định mức

- Hao tổn CS tác dụng khi không tải Po (kW);

2 Vận hành máy biến

Để đảm bảo cho máy biến áp làm việc lâu dài và an toàn phải:

- Kiểm tra phụ tải, điện áp và nhiệt độ của máy

Quản lý nghiêm ngặt về chất lượng dầu biến thế

- Bảo quản tốt các thiết bị điều chỉnh điện áp, dầu và các trang bị Khi xem xét MBA đang vận hành người công nhân phải đứng cách mặt bích dưới các sứ trên nắp máy

và các bộ phận có điện trên các lối đi không có rào chắn phải có độ cao tối thiểu là:

- 2,5 m đối với điện áp từ 10KV trở xuống

- 2,75 m đối với điện áp 35KV

* Kho ảng cách ngang tối thiểu là:

- 0,7 m đối với điện áp đến 10KV

- 1,0 m đối với điện áp 35KV

Đối với các MBA 1000KVA mỗi ca ít nhất phải kiểm tra một lần và kiểm tra bất thường khi có cháy nổ xảy ra trên đường dây 35 hoặc trong nhà máy

Trong ca vận hành nhân viên vận hành ít nhất kiểm tra một lần MBT bằng

mắt như sau:

1- Kiểm tra bề mặt sứ cách điện có rạn nứt chảy dầu không

2- Kiểm tra vỏ MBA có nguyên vẹn và chảy dầu không

3- Kiểm tra màu sắc dầu trong bình dầu phụ, mức dầu

1- Kiểm ta Rơle hơi

10 – Kiểm tra tiếp đất vỏ máy biến áp

3 Vận hành và xử lý sự cố bất thường của máy biến áp

Quy trình xử lý sự cố máy biến áp

Khi Rơle hơi báo tín hiệu Nhân viên vận hành phải kiểm tra xem xét bên ngoài máy, lấy mẫu khí trong Rơle để phân tích chất cháy của khí

* X ử lý: Kiểm tra bên ngoài máy, nhiệt độ máy, kiểm tra dầu xem có bị dò rỉ

không, kiểm tra Rơle hơi, các thiết bị phân phối khác nếu không phát hiện được gì thì cho máy tiếp tục vận hành và theo dõi sát sao

Nếu tốt để vận hành, nếu xấu cho tách máy khỏi vận hành, báo cáo cấp trên

để xử lý

Bài 3: Vận hành động cơ điện

1 Quy định về thao tác, các thông số vận hành và giám sát sự làm việc của động

Cùng với việc kiểm tra các thiết bị nhân viên vận hành phải kiểm tra tình hình các động cơ Nội dung kiểm tra gồm:

- Kiểm tra hệ thống cáp vào động cơ

- Bên ngoài động cơ có vật lạ không

- Động cơ có mùi cháy khét không

- Động cơ 1 chiều chổi than tiếp xúc có tốt không Nếu chổi than bị mòn

phải thay chổi than mới, nếu tiếp xúc không tốt phải sử lý để đảm bảo tiếp xúc cho tốt

- Nguồn điện 3 pha cấp có đủ không

- Nghe xem động cơ quay có tiếng kêu khác thường không

Điện áp duy trì làm việc cho động cơ từ 100-105% điện áp định mức Khi

cần thiết cho phép động cơ làm việc từ 95% đến 110% điện áp định mức

Kiểm tra tình trạng làm việc của động cơ điện và các trang bị khởi động, bảo

vệ của chúng phải đảm bảo sự làm việc tin cậy trong khởi động và trong các chế độ làm việc

Các động cơ và máy do nó kéo phải vẽ mũi tên chỉ chiều quay

Trường hợp cần thiết có thể cho phép động cơ vận hành ở công suất định mức, điện áp không cân bằng giữa các pha không quá 5% định mức

Khi điện áp đặt vào động cơ giảm 5% định mức thì cho phép dòng điện động

cơ tăng lên 5%

Động cơ bị rung ở bất kỳ phương thức vận hành nào đều không vượt quá

phạm vi dưới đây:

- Động cơ có tốc độ 3000 v/p độ rung không quá 0,05mm

- Động cơ có tốt độ 500 v/p độ rung không quá 0,1mm

- Động cơ có tốt độ 1000 v/p độ rung không quá 0,13mm

- Động cơ có tốt độ 750 v/p độ rung không quá 0,16mm

Bất kỳ trường hợp nào độ di trục cũng không vượt quá phạm vi dưới đây:

Vận hành động cơ điện khi nhiệt độ thay đổi:

Khi nhiệt độ làm mát động cơ giảm, thì có thể tăng công suất động cơ, nếu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ định mức thì phải giảm công suất động cơ (Nhiệt độ định

m ức quy định là + 35 0 /C)

Nhiệt độ cuộn dây, lõi théo, ổ bi do nhà chế tạo quy định Nếu không có quy trình của nhà chế tạo thì theo cấp cách điện của cuộn dây đó mà hạn chế nhiệt độ theo bảng dưới đây:

2 Vận hành và xử lý sự cố bất thường của động cơ:

Trong quá trình động cơ làm việc nhân viên vận hành phải:

1 Kiểm tra ổ bi xem có bình thường không, có tiếng kêu không, nhiệt độ có tăng cao không