Đồ án Tìm hiểu về nhà máy nhiệt điện Uông Bí 2, đi sâu nghiên cứu bộ tự động điều chỉnh điện áp cho máy phát

ch từ. - Cảnh báo khẩn cấp, tại chỗ và từ xa tín hiệu hư hỏng hệ thống kích từ. 3.2.2. Các thiết bị lắp đặt trong hệ thống điều khiển và điều chỉnh. a. Khi quay khung: - ngăn nguồn điện AG1. - Bảng điều khiển AG2. - Ngăn điều khiển bộ chỉnh lưu AG3. - Bộ điều chỉnh kích từ AVR1 AG4. - Bộ điều chỉnh kích từ AVR2 AG5. - Ngăn các thiết bị đầu ra Ag6. - Ngăn các thiết bị đầu ra AG7. b. Khi cố định khung. - Các khối đầu bắt dây dự phòng với các cặp quang điện tử đầu vào giao diện rời rạc. - Các khối đầu bắt dây các tín hiệu vào ra. 72 - Các khối bắt dây dự phòng với các module relay của thiết bị đầu ra rời rạc. - Bên trong khối đầu bắt dây nối các tín hiệu từ máy biến dòng được lắp vào pha A và pha C từ bộ phận nguồn điện. - Thiết bị đóng cắt các mạch cung cấp điện thứ yếu, ánh sáng, các mạch của bộ sấy. - Thiết bị để cách ly khi quan sát bộ điều khiển trong bảng điều khiển CRS từ hệ thống điều khiển tự động ICMS của tủ điện. - Thiết bị chỉ báo của bộ phận chia dòng thyristor - Relay điều khiển điện áp máy phát. 73 SF3 A, B , C N PE SF1 5 SF7 AK1 SF8 SF9 SF1 6 TMU SF1 7 SF1 8 SF1 9 SF2 7 SF2 8 SF2 9 SF1 1 SF2 1 SF2 0 AK2 SF1 4 AVR 1 SF2 4 AVR 2 SF6 SF1 3 SF2 3 AVR 1 AVR 2 SF1 2 SF2 2 GS0 1 GS0 2 GS0 3 SF1 0 CRS Hình 3-9: Sơ đồ điện tự dùng xoay chiều, một chiều hệ thống kích từ. 74 3.2.3. Nguyên lý hoạt động. Hệ thống điều khiển và điều chỉnh gồm có có 2 bộ điều chỉnh kích từ bộ vi xử lý độc lập AVR1 và AVR2, một trong 2 bộ ở chế độ làm việc, bộ còn lại ở chế độ dự phòng. Điều chỉnh điện áp được thực hiện bởi quy luật PID với hệ số khuếch đại cao bởi sự quan tâm tới độ lệch điện áp trong dải tần số thấp và với độ lệch bị giảm trong dải tần số các dao động điện cơ. Khi lệnh đến các giới hạn của ổn định tĩnh và ổn định động, để cải thiện độ rung của các dao động dạng cột – nguy hiểm, nguyên lý điều chỉnh được bổ sung đến mức ổn định động trên cơ sở phát sinh từ tần số và sự thay đổi tần số, đo công suất tác dụng dòng điện rotor bắt nguồn từ hệ thống ổn định PSS, hệ thống ổn định được đóng cắt tự động tại thời điểm máy phát nối vào lưới. Khi máy phát điện vận hành không tải sự điều chỉnh toàn bộ tương ứng sảy ra. Ngoài ra, chế độ điều chỉnh bằng tay dòng điện kích từ cũng được cung cấp. thay đổi bắt đầu điều chỉnh bằng tay bởi lệnh của nhân viên vận hành hoặc tự động trong trường hợp hư hỏng một phần của bộ điều chỉnh, khi bộ điều chỉnh không làm việc được. Mỗi bộ điều chỉnh gồm có hệ thống điều khiển PI. Các bộ điều chỉnh sinh ra các xung để điều khiển các thyristor và điều khiển pha của chúng để phù hợp với các tín hiệu tương tự và rời rạc ở các đầu vào các bộ điều chỉnh. Các xung từ đầu ra AVR2 đến ngăn của các bộ điều chỉnh đầu ra AG7, ở đó tần số được làm đầy và khuếch đại sảy ra, khi đó chúng gửi đến các thiết bị đầu ra UZ của các bộ chuyển đổi thyristor. 75 AVR1 điều khiển các thyristor của các cầu chỉnh lưu AM1, AM2, AM3 và AVR2 điều khiển các thyristor của các cầu chỉnh lưu AM4, AM5, AM6 tại đó. Điện áp máy phát được truyền tới AVR1 từ máy biến điện áp qua aptomat tự động F03 và tới AVR2 từ máy biến điện áp qua aptomat tự động F04. Dòng điện pha B máy phát điện được cấp tới AVR1 và AVR2 từ các máy biến dòng riêng biệt. Điện áp lưới được cấp tới AVR1 từ máy biến áp qua aptomat tự động F09 tới AVR2 từ máy biến áp qua aptomat tự động F10. Như vậy, hệ thống kích từ có 2 kênh được điều chỉnh kênh 1 và kênh 2. Kênh 1 gồm có AVR1, ngăn của thiết bị đầu ra AG6, các cầu chỉnh lưu AM1, AM2, AM3 với hệ thống làm mát và thiết bị cung cấp điện, truyền các tín hiệu đầu vào và giám sát hoạt động. Kênh 2 gồm có AVR2, ngăn của thiết bị điều khiển đầu ra AG7, các cầu chỉnh lưu AM4, AM5, AM6 với hệ thống làm mát và thiết bị cung cấp điện, truyền tín hiệu đầu vào và giám sát hoạt động. Mỗi kênh điều chỉnh có hệ thống cấp điện độc lập của chính nó, hệ thống này được trang bị 2 nguồn: Điện áp 400V, 50Hz ( cấp nguồn điện chính ), điện áp 220V từ ắc quy ( cấp nguồn điện dự phòng ). Cung cấp điện áp được cung cấp từ PS qua aptomat tự động: SF13 (400V, 50Hz ), SF14( 220V ) cho kênh 1, SF23( 400V, 50HZ ), SF24( 220V ) cho kênh 2. Tại thời điểm cung cấp điện AVR1 cần phải được hoạt động cho sự điều chỉnh điện áp máy phát. AVR2 trong trạng thái dự phòng nóng. 76 Nếu nguồn điện được cấp không cùng một lúc, mà bộ điều chỉnh đó cần phải đưa vào hoạt động, sự hoạt động này với nguồn điện được cung cấp đầu tiên. Chuyển sang chế độ dự phòng được thực hiện tự động, nếu sự cố kênh đang làm việc, hoặc được thực hiện bằng tay do lệnh của nhân viên vận hành. Chuyển đổi bằng tay từ kênh sang kênh bị cấm, nếu: - Sự cố kênh dự phòng hoặc không có nguồn cấp điện dự phòng = 220V. - Những hư hỏng trong giao diện CAN được sử dụng cho sự trao đổi thông tin giữa AVR của kênh chính và kênh dự phòng. - Điều khiển các chế độ vận hành của hệ thống kích từ có thể được thực hiện từ CCR hoặc bàn điều khiển tại chỗ AG2. Khi điều khiển từ xa các tín hiệu điều khiển tại chỗ bị chặn lại và ngược lại. AVR dự phòng hoạt động trong chế độ theo dõi ( đảm bảo cho sự ổn định các tham số kích từ khi chuyển đổi kênh ), các bộ giám sát khả năng làm việc của bộ điều chỉnh làm việc, mỗi bộ thực hiện chương trình kiểm tra tự động của chính nó. Phần mềm các bộ điều chỉnh gồm có các chương trình cho phép phân tích các bộ truyền tín hiệu rời rạc và số của các tham số vận hành. Dựa trên cơ sở phân tích thông tin này cảnh báo các tín hiệu. Các tín hiệu của một phần hoặc toàn bộ sự cố của bộ điều chỉnh được đưa ra. Trong trường hợp sự cố một phần chức năng điều khiển được nâng lên tối đa tự động điều chỉnh dòng kích từ ( điều chỉnh bằng tay ). Nếu kênh dự phòng có lệnh làm việc, nó cần phải đưa vào hoạt động. trong trường hợp hư hỏng toàn bộ chuyển đổi không điều kiện tới kênh dự phòng sảy ra. Cùng lúc đó thông tin chuẩn đoán được phát ra, thông tin đó làm đơn giản hóa sự tìm kiếm hư hỏng 77 Ngăn điều khiển của bộ chỉnh lưu làm việc AG3 để chuyển đổi các tín hiệu ở tại đầu vào của nó và truyền chúng về bàn điều khiển AG2. Các tín hiệu này đến ngăn đầu vào: - Các xung điều khiển từ các đầu ra của AVR1 và AVR2. - Các tín hiệu xung từ các máy biến áp khuếch đại cao tần của các mạch RC. - Từ các bộ truyền dòng điện của các cầu chỉnh lưu thyristor. Nếu dãy xung ở tại các đầu ra của AVR1, AVR2 nhiễu loạn hoặc nếu chúng biến mất, các tín hiệu logic “FULSES 1 FAILURE” hoặc “FULSES2 FAILURE” lần lượt được phát ra. Các tín hiệu xung lực của các máy biến áp khuếch đại cao tần các mạch RC được chuyển thành các tín hiệu logic có thể hoặc không có dòng điện điều khiển của các mạch RC gửi các đầu vào rời rạc của bàn điều khiển bộ điều khiển AG2. Các tín hiệu tương ứng với các dòng điện pha của các cầu thyristor được chuyển đổi thành điện áp một chiều, điện áp này tương ứng với các giá trị dòng điện trung bình của bàn điều khiển AG2, ở đó chúng được sử lý theo lệnh dò tìm các hư hỏng trong hoạt động của thyristor. Bảng điều khiển AG2 dùng để điều khiển kích từ máy phát tại chỗ và giám sát trạng thái hệ thống kích từ. Bảng điều khiển được trang bị cùng với:  Các phần tử để điều khiển tại chỗ: - Công tắc chuyển mạch “LOCAL – REMOTE”- để lựa chọn chế độ điều khiển hệ thống kích từ. - Công tắc chuyển mạch tự tái lập : Excitation ON-Excitation OFF” để kích từ ban đầu cho máy phát điện (“Excitation ON”) và diệt từ máy phát bằng sự đảo ngược chỉnh lưu thyristor (“Excitation OFF”). 78 - Công tắc chuyển mạch tự tái lập “ AUTO – MAN ” để chuyển mạch đến AVR hoặc điều chỉnh bằng tay dòng kích từ. - Công tắc chuyển mạch tự tái lập “ Channel 1 – Channel 2” để lực chọn kênh làm việc. - Công tắc chuyển mạch tự tái lập “ AVR – P.F ” để bộ điều chỉnh cosφ hoặc bộ điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện hoạt động. - Công tắc chuyển mạch tự tái lập “ Raise – Lower” để đặt bộ điều chỉnh hoạt động điều chỉnh.  Tín hiệu LED: “ Excitation ON” Chỉnh lưu thyristor trong chế độ chỉnh lưu “ Excitation OFF” Chỉnh lưu ở chế độ đảo “Channel 1” Kênh 1 vận hành “Channel 2” Kênh 2 vận hành “AUTO” Bộ điều chỉnh tự động đóng “MAN” Bộ điều chỉnh bằng tay đóng “VAR” Bộ điều chỉnh công suất phản kháng máy phát điện đóng “P.F” Bộ điều chỉnh cosφ đóng “Set point MIN” Điểm đặt bộ điều chỉnh hoạt động đã đạt đến giá trị cực tiểu của nó “Set point MAX” Điểm đặt bộ điều chỉnh hoạt động đã đạt đến giá trị cực đại của nó 79 “Local” Điều chỉnh tại chỗ hoạt động “remote” Điều chỉnh từ xa hệ thống kích từ đóng “Channel 1 failure” Hư hỏng chức năng kênh 1 “Channel 2 failure” Hư hỏng chức năng kênh 2 “Excitation failure” Tín hiệu từ bộ điều khiển chỉ báo bất kỳ sự hư hỏng nào trong hệ thống kích từ Bảng 3-1: Tín hiệu đèn hệ thống điều khiển.  Bộ điều khiển và bàn điều khiển: Màn hình điều khiển được lắp trên bảng giao diện của bàn điều khiển. Các chức năng của bộ điều khiển là: - Điều khiển điện dẫn suất của thyristor. - Đo sự phân bố dòng của các thyristor. - Kiểm tra tính sẵn sàng của các cầu chì nguồn điện. - Kiểm tra tính sẵn sàng của các mạch bảo vệ RC. - Điều khiển hệ thống làm mát. - Kiểm tra trạng thái của thiết bị hệ thống kích từ. - Hiển thị dòng thông tin về trạng thái hệ thống kích từ: Tất cả các tham số được phân tích, các hư hỏng và nguyên nhân của chúng, các tín hiệu đầu vào và ra rời rạc của các bộ điều chỉnh và bàn điều khiển. - Lưu giữ các dữ liệu sự kiện, các sự kiện được lưu giữ sớm hơn và được nhớ trong nhật ký các sự kiện. 80 - Đặt các bộ điều chỉnh kênh CRS bằng cách thay đổi các điểm đặt và các hằng số với sự trợ giúp của bàn phím và màn hình. - Phát ra các tín hiệu relay đầu ra chỉ báo các hư hỏng trong hệ thống kích từ. - Cung cấp kết nối với hệ thống điều khiển tự động ICMS của nhà máy điện cùng với sự trợ giúp của giao diện liên tục. Các lệnh dưới đây đến từ CCR tới CRS: “ Excitation Enable” Khởi động hệ thống kích từ cho phép “ Unit Sotpping” Lệnh để thực hiện ngừng chương trình “ Excitation ON” Lệnh để thực hiện chương trình mồi từ “ Excitation OFF” Lệnh cho bộ chỉnh lưu thyristor chuyển sang chế độ đảo “Switch on channel 1” Kênh 1 được lựa chọn “Switch on channel 2” Kênh 2 được lựa chọn “ Excitation auto control” Chuyển sang điều chỉnh điện áp tự động “ Excitation manual control” Chuyển sang điều chỉnh bằng tay dòng điện kích từ “Excitation mode cosφ regulator” Khởi động bộ ổn định cosφ khi điều chỉnh điện áp tự động “Excitation mode Q regulator” Khởi động bộ điều chỉnh công suất phản kháng khi bộ điều chỉnh điện áp tự động đã bật “Excitation Switch-off power Làm mất tác dụng ổn định hệ thống như là 81 system stabilizer bộ tự động điều chỉnh điện áp đã bật “ Q → O” Máy phát điện cắt tải công suất phản kháng như là bộ tự động điều chỉnh điện áp đã bật “Ug↔Ubar” Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng điện áp lưới “Excitation set point raise ” Điểm đặt cao hơn “Excitation set point lower” Điểm đặt thấp hơn “Signalling reset” Gải trừ tín hiệu hệ thống “Tuarbine protection tripped” Các tác động của bảo vệ tuabin Bảng 3-2: Các lệnh từ điều khiển trung tâm đến bàn điều khiển. CRS gửi các tín hiệu được liệt kê dưới đây tới CCR: “Channel 1 ready” Kênh 1 sẵn sàng hoạt động “Channel 2 ready” Kênh 2 sẵn sàng hoạt động “Excitation ON” Máy phát điện được kích tù “Excitation OFF” Máy phát điện được ngắt kích từ “Channel 1 in operation” Kênh 1 đã hoạt động “Channel 2 in operation” Kênh 2 đã hoạt động “Automatic voltage regulator in operation” Bộ điều chỉnh tự động đã hoạt động “Manual regulator in operation” Bộ điều chỉnh bằng tay dòng điện kích từ đã hoạt động “Cosφ regulator in operation” Bộ điều chỉnh cosφ đã hoạt động 82 “Q regulator in operation” Bộ điều chỉnh công suất phản kháng đã hoạt động “ Q → O” Tín hiệu chỉ báo hoàn thành giảm tải máy phát với sự quan tâm đến công suất tác dụng “Ug↔Ubar” Điều chỉnh điện áp máy phát bằng điện áp lưới đã hoàn thành “Setting MAX” Điểm điểm đặt của bộ điều chỉnh làm việc đã đạt đến giá trị cực đại “Setting MIN” Điểm điểm đặt của bộ điều chỉnh làm việc đã đạt đến giá trị cực tiểu “Relay 1↔2” Sẵn sàng cho chuyển đổi kênh “Rotor or stator overcurrent” Các giá trị dòng điện rotor hoặc stator vượt quá gái trị danh định “Rotor overcurrent limiter is in operation” Bộ giới hạn dòng rotor đã hoạt động “stator overcurrent limiter is in operation” Bộ giới hạn dòng stator đã hoạt động “RSS is in operation” Bộ giới hạn quá dòng điện rotor đã hoạt động “Minimum excitation limiter is in operation” Bộ giới hạn kích tù cực tiểu đã hoạt động “Local control” Điều khiển hệ thống kích từ bảng AG2 đến CRS “Unsuccessful excitation” Kích từ ban đầu không thành công 83 “Rotor insulation deterioration (1-st stage)” Tín hiệu cảnh báo cấp 1 từ AK1 “Excitation system failure” Sự cố hệ thống kích từ “Protection switching OFF” Ngắt bởi các cơ cấu bảo vệ “Emergency signal” Tín hiệu khẩn cấp “Warning signal TE” Tín hiệu cảnh báo quá nhiệt độ máy biến áp kích từ “Generator field circuit- bracker is closed” Máy cắt diệt từ đã tác động “rotor overload (1-st stage)” Quá tải cấp 1 rotor “Generator field circuit- bracker is open” Máy cắt diệt từ đã cắt “Rotor shunting by risitor by KM-1” Rotor được phân dòng bằng KM-1 Bảng 3-3: Tín hiệu từ bàn điều khiển tới phòng trung tâm điều khiển. 3.2.4. Giới thiệu về mạch điều khiển thyristor 3.2.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch động lực . Đây là bộ chỉnh lưu cầu ba pha hai nửa chu kì với hai nhóm: T1, T3, T5 hình thành nhóm catốt nối chung; còn T2, T4, T6 là nhóm anốt nối chung. Góc mở  được tính từ thời điểm các thyristor dẫn tự nhiên. Hoạt động của sơ đồ; Giả thiết T5, T6 đang dẫn nên VD= uc, VG= ub. Tại     6 1t cho xung điều khiển mở T1. Tiristor này sẽ mở vì ua >0. Sự mở của T1 làm cho T3 bị khoá một cách tự nhiên vì ua > uc , lúc này T6 và T1 dẫn, điện áp trên tải là: uL= ud = ua - ub. 84 Tại     6 3 2t cho xung mồi để mở T2. Tiristor này sẽ mở khi vì khi T6 dẫn có điện áp ub lên anốt của T2 mà ub > uc. Sự mở của T2 làm cho T6 bị khoá một cách tự nhiên. Các xung điều khiển lệch nhau 3  lần lượt đưa đến các cực điều khiển theo thứ tự như sau: Thời điểm Mở Khoá  6 T1 T5  63 T2 T6  65 T3 T1  67 T4 T2  69 T5 T3  611 T6 T4 Bảng 3-4: Thời gian khoá và mở các thyristor. Điện áp trung bình trên tải được tính theo công thức:       cos 63 sin 2 6 max. 65 6 NïmLD UttdUUU     (3.4)   cos35.1cos 3 max. ffff UU  (3.5) Trong đó: m ax.NfU là điện áp pha cực đại maxffU  là điện áp dây cực đại 1 §ång bé vµ t¹o ¸p r¨ng c-a So s¸nh KhuÕch ®¹i vµ t¹o xung U U . H ình 3-10: Sơ đồ hoạt động khi góc mở α = 300 . 3.2.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động mạch điều khiển. Mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu có ba khâu được mô tả khái quát trong sơ đồ khối như sau: Hình 3- 11: Sơ đồ khối mạch điều khiển t1 t2 t3 t4 t X2 X3 1 2 2 3 3 4 Ud A B C A U f IT1 0 IT2 IT3 ID1 ID2 ID3 t t t t t t t Id 2 A B T C R2 R3 D1R1 - Khâu tạo điện áp chuẩn có nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa trùng pha với áp anốt của Tiristor. - Khâu so sánh : đầu vào có hai tính hiệu là áp điều khiển và áp răng cưa, có nhiệm vụ xác định hai áp bằng nhau, tại thời điểm đó phát xung điều khiển mở Tiristor. - Khâu khuếch đại và tạo xung có nhiệm vụ khuếch đại công suất và độ rộng xung thích hợp để mở Tiristor. a) Khâu đồng bộ và tạo điện áp răng cưa. Khâu đồng bộ và tạo điện áp răng cưa được thực hiện bằng khuếch đại thuật toán. Khi A dương, có dòng qua R1, UB < 0 (áp vào đầu đảo khuếch đại), Transistor khoá, D1 mở, tụ nạp. Khi A âm, có dòng qua R1, UB > 0, D1 khoá, transistor mở, tụ xả qua transistor. Hình 3-12: Sơ đồ khâu đồng bộ và tạo điện áp răng cưa. b) Khâu so sánh. Nhiệm vụ : Xác định thời điểm điện áp răng cưa bằng điện áp điều khiển và tại thời điểm đó phát một xung điều khiển. Tại thời điểm hai điện áp bằng nhau thì đầu ra đảo dấu, còn nếu hai điện áp khác nhau thì đầu ra sẽ nhận dấu của điện áp lớn hơn. 3 *So sánh đồng dấu: *So sánh khác dấu a) b) Hình 3-13: Sơ đồ khâu so sánh. Ở sơ đồ trên sử dụng so sánh là sơ đồ so sánh đồng dấu ( do ở sơ đồ này thì điện áp răng cưa và điện áp điều khiển sẽ ở hai đầu của bộ so sánh, điều này sẽ tiện cho việc so sánh hơn). c) Khâu khuếch đại và tạo xung Nhiệm vụ : tạo ra xung phù hợp để mở Thyristor Yêu cầu của xung ra : phải đủ công suất, độ rộng sườn trước phải lớn, cách ly giữa mạch điều khiển và động lực. Nguyên lý làm việc của biến áp xung: -Khi sơ cấp có dòng I1 thay đổi làm thay đổi sức điện động eW1 thì bên thứ cấp sẽ có eW2 thay đổi, dẫn đến dòng I2 thay đổi. -Khi sơ cấp có dòng I1 = const làm sức điện động eW1 = const thì lúc đó bên thứ cấp sẽ có dòng I2 = 0, sức điện động eW2 = 0. ) Trong trường hợp không đủ công suất thì ta có thể dùng hai Transistor đấu darlington để tăng hệ số khuếch đại : K = K1.K2 a ) Biến áp xung b) Phần tử quang Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý khâu khuếch đại và tạo xung. Urc U®k Ur Urc U®k Ur -E BAX D1 D3 C R D2 T 4 50 H z V 1 T 1 R 1 V 2 +V - + R 6 D 1 R 2 Q 1 C 1 - + +V V 3 -V V 5 -V V 6 R 4 V 4 +V R 3 - + +V V 8 -V V 7 U 4A V 10 R 7 50 H z V 18 T 2 R 15 V 16 +V - + R 16 D 3 R 13 Q 3 C 3 - + +V V 14 -V V 17 -V V 15 R 12 V 12 +V R 14 - + -V V 13 U 4B R 17 50 H z V 26 T 3 R 24 V 24 +V - + R 26 D 5 R 22 Q 5 C 5 - + +V V 22 -V V 25 -V V 23 R 21 V 20 +V R 23 - + -V V 21 U 4C R 27 50 H z V 34 T 4 R 31 V 32 +V - + R 34 D 7 R 32 Q 7 C 7 - + +V 30 V 3 -V V 33 -V V 31 R 30 V 28 +V R 33 - + -V V 29 U 4D R 35 50 H z V 42 T 5 R 42 V 40 +V - + R 43 D 9 R 40 Q 9 C 9 - + +V V 38 -V V 41 -V V 39 R 39 V 36 +V R 41 - + -V V 37 U 4E R 44 50 H z V 50 T 6 R 51 V 48 +V - + R 52 D 11 R 49 Q 11 C 11 - + +V V 46 -V V 49 -V V 47 R 48 V 44 +V R 50 - + -V V 45 U 4F R 53 - + - + - + - + U 23 A U 23 B U 23 C U 23 D U 23 E U 23 F R 5 Q 2 D 2 R 8 R 55 V 9 +V U 1 R 9 R 11 Q 4 D 4 R 18 R 56 V 11 +V U 2 R 10 R 20 Q 6 D 6 R 25 R 57 V 19 +V U 3 R 19 R 29 Q 8 D 8 R 36 R 58 V 27 +V U 4 R 28 R 38 Q 10 D 10 R 45 R 59 V 35 +V U 5 R 37 C 12 + - R 47 Q 12 D 12 R 54 R 60 V 43 +V U 6 R 46 T 1 T 3 T 5 R kt L kt T 4 T 6 T 2 C 10 + - C 8 + -C 6 + - C 4 + - C 2 + - 50 H z V 51 50 H z V 52 50 H z V 53 Hình3.15: Sơ đồ mạch điều khiển mở Tiristor 5 3.2.5. Các chế độ điển hình của hệ thống kích từ 3.2.5.1. Chế độ kích từ ban đầu. Kích từ ban đầu cho máy phát được thực hiện từ thiết bị kích từ ban đầu UE, nó là bộ biến đổi điện áp biến thiên 400V, 50Hz thành điện áp ổn định đưa vào cuộn dây rotor máy phát. Tổ hợp kích từ ban đầu nhận được điện áp từ tự dùng của nhà máy. Thời gian kích từ ban đầu kéo dài khoảng 7s. Nếu kích từ ban đầu diễn ra không thành công thì thiết bị tự đóng cắt diệt từ QE1 sẽ ngắt mạch. Kích từ ban đầu được thực hiện khi máy cắt máy phát bị cắt, nếu ở đó không có các tín hiệu chỉ báo các hư hỏng và nếu số vòng quay của máy phát lớn hơn 2850 vòng/phút (95% giá trị danh định).\ Kích từ ban đầu được thực hiện bởi nhân viên vận hành như sau: Lệnh “Excitation” sẽ được gửi. Bộ điều khiển phân tích các trạng thái của các thiết bị của bộ phận điện, bộ phận chỉnh lưu thyristor và các nguồn cấp điện của CRS, kiểm tra các trạng thái của QE1. Nếu QE1 cắt cho phép đóng nó. Nếu QE1 không thể đóng được, thuật toán của sự kích từ không thành công được thực hiện. Nếu các mạch kích từ được lắp ráp theo đúng thứ tự và nếu ở đó không có tín hiệu chỉ báo AVR1 hoặc AVR2 hư hỏng, các tín hiệu “readiness of channel 1 và readiness of channel 2” được phát ra. Nếu các kênh không sẵn sàng để kích từ bộ điều khiển phát đi thông báo “ not ready” đến kênh 1 hoặc kênh 2 đến màn hình hiển thị. Không có tín hiệu sắn sàng của tín hiệu sẵn sàng làm việc của 1 hoặc cả 2 tín hiệu hiển thị hư hỏng, hư hỏng có thể được dò tìm bởi các tín hiệu hư hỏng trong phòng điều khiển khối, bởi thông báo trên màn hình của trạm công nghệ trong bộ phận điều khiển và điều chỉnh, bằng sự kiểm tra các điều kiện. 6 Nếu hư hỏng không thể loại bỏ, người được uỷ quyền cao nhất và trưởng ca nhà máy điện sẽ thông báo cho phòng chức năng thiết bị điện bảo vệ relay. Phó giám đốc kỹ thuật của nhà máy điện chỉ có thể cho phép nối máy phát điện vào lưới, nếu 1 trong các kênh hư hỏng. Sau khi đóng QE1 và kiểm tra điện áp đồng bộ hoá, bộ phận điều khiển và điều chỉnh phát ddi1 tín hiệu để đóng các contactor kích từ ban đầu cùng với sự kích từ đồng thời kiểm tra thời gian kích từ ban đầu. tín hiệu “Genrator is de-excited” sẽ được huỷ bỏ và tín hiệu “Genrator is excited” sẽ được gửi vào trong CRS. Điện áp máy phát bắt đầu tăng, quá trình tự kích từ sinh ra. Sau khi dòng điện kích từ máy phát đã đạt xấp xỉ 10% giá trị danh định, mở các contactor kích từ ban đầu. Khi kích từ ban đầu thành công điện áp máy phát điện trong khoảng thời gian khoảng 7s đạt đến một trong những giá trị xác định trong khoảng thời gian điều chỉnh. - Điện áp bằng điện áp lưới. - Điện áp bằng điện áp danh định máy phát. - Điện áp theo danh nghĩa bởi điểm đặt. Nếu kích từ ban đầu không thành công, QE1 bị cắt ra và kích từ ban đầu lặp lại bị khoá trừ khi các nguyên nhân kích từ ban đầu không đúng được giải trừ. Kích từ ban đầu được hoàn thành bằng cách gửi đi lệnh điều khiển bằng tay. Sau khi hoàn thành kích từ ban đầu và điều khiển có hiệu lực tín hiệu “Generator is excited”, cho phép đồng bộ hoá máy phát và hoà vào lưới. 3.2.5.2. Chế độ nhận và nâng phụ tải máy phát. 7 Sau khi máy phát được nối vào lưới điện an toàn, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Để mang tải cho máy phát, bộ điều chỉnh tốc độ tuabine phải được điều chỉnh theo tài liệu hướng dẫn về vận hành tuabine. Đặt công suất ban đầu cho máy phát từ 3 ÷ 5 % công suất định mức ngay sau khi đóng mạch hoà đồng bộ. Tốc độ tăng phụ tải hữu công phụ thuộc vào trạng thái vận hành của tuabine và lò hơi. Do máy phát có các cuộn dây làm mát trực tiếp nên tỷ lệ tăng phụ tải phản kháng trong điều kiện vận hành bình thường không được vượt quá tốc độ tăng của phụ tải tác dụng. Còn trong trường hợp sự cố nó không có giới hạn. Tốc độ nâng phụ tải nói chung được chỉ ra trong bản chỉ dẫn riêng đối với từng loại máy phát tuabine (đối với tuabine máy phát TBB- 320- 2T3 tốc độ tăng phụ tải sẽ cụ thể sau giai đoạn thí nghiệm chạy thử). VÌ nếu tăng phụ tải nhanh quá dẫn đến giãn nở của tuabine và vỏ của nó không đồng đều. Khi giãn nở của tuabine vượt quá trị số đặt của bảo vệ di trục, bảo vệ sẽ ngắt tổ máy khỏi lưới. trong trường hợp do hư hỏng bảo vệ di trục không tác động sẽ dẫn tới cọ sát cánh tuabine với các vách ngăn gây hỏng tuabine. Chuẩn bị sơ đồ và chuyển nguồn tự dùng của tổ hợp tuabine – máy phát từ biến áp dự phòng sang biến áp tự dung của tổ máy. Việc chuyển mạch nguồn tự dùng được thực hiện bởi 2 nhân viên. Một người đọc lệnh thao tác và giám sát, người kia nhắc lại và thao tác. Sau khi thao tác thì phải đánh dấu mục thao tác đó trong phiếu thao tác. Chuyển mạch cho các sơ đồ relay phù hợp với sơ đồ đấu nối nhất thứ và phù hợp với các chế độ điều khiển bằng tay hoặc tự động. Trong chế độ cường hành kích thích không cho phép nhân viên vận hành can thiệp vào sự làm việc của bộ tự động điều chỉnh điện áp kích từ. 8 Sau khi đóng mạch đưa máy phát vào lưới điện. Trong toàn bộ thời gian vận hành của nó nhân viên vận hành cần thường xuyên kiểm tra và ghi vào sổ nhật ký vận hành các thông số điện của stator (phần tĩnh), rotor (phần động) và hệ thống kích thích, nhiệt độ cuộn dây, lõi thép của stator, môi trường làm mát, các bộ chèn, các gối đỡ ổ trục, độ sạch vao nhiệt độ áp suất của hydro, áp suất và nhiệt độ dầu của các bộ chèn trục và trong gối đỡ trục, độ kín, điện trở suất của hệ thống làm mát cuộn dây stator băng nước cất . 3.2.5.2. Các hiện tượng không bình thường và những sự cố của hệ thống. - Trong các trường hợp khẩn cấp để hỗ trợ hệ thống điện khi điện áp giảm AVR cung cấp cưỡng bức kích từ. Trong AVR các giới hạn tự động dòng điện rotor bằng 2 lần giá giá trị. Nếu dòng rotor tăng cao hơn mức giới hạn các kênh sẽ tự động chuyển đổi. Khi kênh dự phòng có khiếm khuyết cũng như nếu chuyển sang không bắt đầu bất sự giới hạn nào, QE1 cần phải được vô hiệu hoá bởi AK2. Quá tải nhỏ hơn 2 lần sẽ được loại trừ bởi AVR tác động với sự trì hoãn thời gian có lien quan đến hệ số quá tải và giới hạn cosφ = 1 với tín hiệu đầu ra “ rotor overcurrent limiter in operation”. Nhân viên không được phép can thiệp khi AVR hoạt động. - AVR giảm bớt kích từ máy phát khi điện áp tăng trong hệ thống điện và đảm bảo trong đường giới hạn của mức cực tiểu kích từ với điểm đặt có liên quan đến công suất tác dụng. - Các hư hỏng trong hệ thống kích từ có thể được phát hiện bới các chỉ báo của các thiết bị hoặc tín hiệu cảnh báo khẩn cấp nhật ký các sự kiện cùng với vị trí các thư mục, chúng được thực hiện bởi các bộ vi điều khiển của bàn điều khiển CRS 9 - Bất kỳ sự cố nào cũng được phản hồi tới CRS với tín hiệu “EXCITATION SYSTEM FAILURE”. - Nếu như 1 tín hiệu không sảy ra cùng với sự thay đổi trong chế độ vận hành hệ thống kích từ, sự trục trặc có thể được giải mã bởi thông báo trên màn hình hiển thị. - Sự trục trặc của giao diện CAN cho sự trao đổi thông tin giữa AVR1 và AVR2. - Biểu tượng thông tin của AVR1 và AVR2 được thấy rõ trên màn hình với ánh sáng màu khác nhau. Giao diện liên tục cho sự trao đổi thông tin giữa AVR1 (AVR2) và bộ điều khiển bàn điều khiển. Biểu tượng của AVR1 (AVR2) và thông tin bởi điều khiển được thấy rõ trên màn hình với ánh sáng màu khác nhau. - Không dẫn điện của các mạch RC. Thông báo “ RC circuit non – conductivity” xuất hiện trên màn hình hiển thị. Tất cả các khiếm khuyết các mạch RC cho thấy trên màn hình. - Sự hư hỏng các cầu chì trong bộ phận thyristor TS “ fuse failure”. Tất cả các cầu chì hư hỏng cho thấy trên màn hình. - Hư hỏng sự cung cấp dòng điện của QE1, nó sáng lên phía trên màn hình. - Thiết bị bảo vệ rotor AK2 không trong lệnh làm việc, nó sáng lên phía trên màn hình. - Thiết bị kiểm tra TMU trong TE không trong lệnh làm việc, nó sang trên màn hình - Các aptomat trong các mạch cung cấp dòng điện AC của AVR cắt “ AVR SF (380V AC) OFF”. - thiết bị bảo vệ AK1 không trong lệnh làm việc “ AK failure” 10 - Hoạt động của hệ thống điều khiển từ ác quy. Trên màn hình biểu tượng acquy sáng lên cùng với 1 thông báo, thông báo này của các kênh được cấp từ acquy - Hư hỏng cấp điện đến các modul của cặp quang điện tử ở đầu vào giao diện rời rạc của kênh 1 (kênh 2) “ UH supply failure” - Hư hỏng cung cấp điện đến các khối relay đầu ra giao diện rời rạc của kênh 1 (kênh 2) “Extern al signling supply failure” - Hư hỏng nguồn cấp điện của kênh 1 (kênh 2) bộ điều khiển “controller supply failure” - Thyristor không dẫn điện “ thyristor non – conductivity” Trên màn hình toạ độ của thyristor, thyristor không dẫn điện hoặc các thyristor được sang lên với màu khác nhau trên màn hình. - Sự không cân bằng dòng điện thyristor “ thyristor current unbalance”. Trên màn hình hiện tại các toạ độcủa thyristor, tất cả các thyristor có các nhánh không đối xứng của bộ chỉnh lưu được hiển thị với ánh sang khác nhau. - Các aptomat trong mạch DC cắt “ SF (DC) OFF” - Các bộ cách ly của kênh 1 (kênh 2) cắt “QS1 (QS2) OFF”. - Hư hỏng các mạch dự phòng . Trên màn hình hiển thị biểu tược ắc quy và nút AVR1 (AVR2) được nổi lên với ánh sáng khác nhau và thông báo “Auxiliary needs failure” xuất hiện. - Quá nhiệt máy biến áp TE cấp 1 “TE hight temperature”. Tín hiệu “ OVERTEMPERATURE OF EXC. TRAFO ( 1-st STAGE)” xuất hiện trên CRS. Các tín hiệu đến, nếu : 11 - Nhiệt độ của máy biến áp kích từ tăng đến 1500C. - Cung cấp điện đến TMU hỏng. Sự cố khi sảy ra ngắn mạch rotor thì các khối relay bảo vệ ngắn mạch của hệ thống kích từ và máy phát sẽ tự động ngắt máy phát ra khỏi lưới điện và đồng thời đóng QE1 chuyển Thyristor sang chế độ đảo để dập từ trường. 3.2.6. Nhận xét về bộ chỉnh lƣu có điều khiển đƣợc sử dụng trong hệ thống kích từ. Do đặc điểm làm việc của Tiristor chỉ cho dòng chạy qua khi thoả mãn hai điều kiện: - Điện áp UAK > 0 - Có xung mồi thích hợp đặt vào cực điều khiển. *) Chỉnh lưu cầu dùng Tiristor có được các ưu điểm như sau: - Dễ dàng thay đổi được điện áp và dòng điện. - Được lợi về điện áp vì khi góc mở lớn không có thành phần một chiều tránh lõi sắt bị bão hoà. - Dòng luôn ổn định. - Làm việc được ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc. *) Bên cạnh đó chỉnh lưu cầu dùng Tiristor có những nhược điểm: - Dù UAK > 0 thì Tiristor vẫn bị khoá. - Khi góc mở lớn thì điện áp âm càng lớn. 3.3. Bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR. Bộ tự động điều chỉnh điện áp, tần số tự động (Automatic Voltage Regulator - AVR) trong các máy phát điện, là một phần đóng vai trò quan trọng của mỗi máy phát hoặc hệ thống tổ máy phát điện, nếu mất tính năng tự động điều chỉnh này thì chất lượng điện cung cấp (điện áp và tần số) không đáp ứng được yêu cầu khắt khe của hệ thống thiết bị. 12 3.3.1. Tính năng, tác dụng. Điều chỉnh điện áp máy phát điện. Giới hạn tỷ số điện áp / tần số. Điều chỉnh công suất vô cong máy phát điện. Bù trừ điện áp suy giảm trên đường dây. Tạo độ suy giảm điện áp theo công suất vô công, để cân bằng sự phân phối công suất vô công giữa các máy phát với nhau trong hệ thống khi vận hành nối lưới Khống chế dòng điện kháng do thiếu kích thích, nhằm tạo sự ổn định cho hệ thống khi máy nối lưới. Cường hành kích thích khi có sự cố trên lưới. a. Điều chỉnh điện áp máy phát điện. Điều chỉnh điện áp của máy phát điện bộ điều chỉnh điện thế tự động luôn luôn theo dõi điện áp đầu ra của máy phát điện, và so sánh nó với một điện áp tham chiếu. Nó phải đưa ra những mệnh lệnh để tăng giảm dòng điện kích thích sao cho sai số giữ điện áp đo được và điện áp tham chiếu là nhỏ nhất. Muốn thay đổi điện áp của máy phát điện, người ta chỉ cần thay đổi điện áp tham chiếu này. Điện áp tham chiếu thường được đặt tại giá trị định mức khi máy phát vận hành độc lâp (Isolated) hoặc là điện áp thanh cái, điện áp lưới tại chế độ vận hành hòa lưới (Paralled) b. Giới hạn tỷ số điện áp/tần số. Khi khởi động một tổ máy, lúc tốc độ quay của Rotor còn thấp, tần số phát ra sẽ thấp. Khi đó, bộ điều chỉnh điện áp tự động sẽ có khuynh hướng tăng dòng kích thích lên sao cho đủ điện áp đầu ra như tham chiếu theo giá trị đặt hoặc điện áp lưới. Điều này dẫn đến quá kích thích: cuộn dây rotor sẽ bị quá nhiệt, các thiết bị nối vào đầu cực máy phát như biến thế chính, máy biến áp tự dùng... sẽ bị quá kích 13 thích, bão hòa từ, và quá nhiệt. Thường tốc độ máy phát cần đạt đến 95% tốc độ định mức. Bộ điều chỉnh điện áp tự động cũng phải luôn theo dõi tỷ số này để điều chỉnh dòng kích thích cho phù hợp, mặc dù điện áp máy phát chưa đạt đến điện áp tham chiếu. c. Điều khiển công suất vô công của máy phát điện. Khi máy phát chưa phát điện vào lưới, việc thay đổi dòng điện kích từ chỉ thay đổi điện áp đầu cực máy phát. Quan hệ giữa điện áp máy phát đối với dòng điện kích từ được biểu diễn bằng 1 đường cong, gọi là đặc tuyến không tải. (đặc tuyến V-A). Tuy nhiên khi máy phát điện được nối vào một lưới có công suất rất lớn so với máy phát, việc tăng giảm dòng kích thích hầu như không làm thay đổi điện áp lưới. Tác dụng của bộ điều áp khi đó không còn là điều khiển điện áp máy phát nữa, mà là điều khiển dòng công suất phản kháng (còn gọi là công suất vô công, công suất ảo)của máy phát. Khi dòng kích thích tăng, công suất vô công tăng. Khi dòng kích thích giảm, công suất vô công giảm. Dỏng kích thích giảm đến một mức độ nào đó, công suất vô công của máy sẽ giảm xuống 0, và sẽ tăng lại theo chiều ngược lại (chiều âm), nếu dòng kích thích tiếp tục giảm thêm. Điều này dẫn đến nếu hệ thống điều khiển điện áp của máy phát quá nhạy, có thể dẫn đến sự thay đổi rất lớn công suất vô công của máy phát khi điện áp lưới dao động. Do đó, bộ điều khiển điện áp tự động, ngoài việc theo dõi và điều khiển điện áp, còn phải theo dõi và điều khiển dòng điện vô công. Thực chất của việc điều khiển này là điều khiển dòng kích thích khi công suất vô công và điện áp lưới có sự thay đổi, sao cho mối liên hệ giữa điện áp máy phát, điện áp lưới và công suất vô công phải là mối liên hệ hợp lý. d. Bù trừ điện áp suy giảm trên đường dây. Khi máy phát điện vận hành độc lập, hoặc nối vào lưới bằng 1 trở kháng lớn, Khi tăng tải, sẽ gây ra sụt áp trên đường dây. Sụt áp này làm cho điện áp tại hộ tiêu 14 thụ bị giảm theo độ tăng tải, làm giảm chất lượng điện năng.Muốn giảm bớt tác hại này của hệ thống, bộ điều áp phải dự đoán được khả năng sụt giảm của đường dây, và tạo ra điện áp bù trừ cho độ sụt giảm đó. Tác động bù này giúp cho điện đáp tại một điểm nào đó, giữa máy phát và hộ tiêu thụ sẽ được ổn điểm mà ta muốn giữ ổn định điện áp. Điện áp này được cộng thêm vào (hoặc trừ bớt đi) với điện áp đầu cực máy phát đã đo lường được. Bộ điều áp tự động sẽ căn cứ vào điện áp tổng hợp này mà điều chỉnh dòng kích từ, sao cho điện áp tổng hợp nói trên là không đổi. Nếu các cực tính của biến dòng đo lường và biến điện áp đo lường được nối sao cho chúng trừ bớt lẫn nhau, sẽ có: Ump – Imp(r + jx) = const. Như vậy chiều đấu nối này làm cho điện áp máy phát sẽ tăng nhẹ khi tăng tải. Độ tăng tương đối được tính trên tỷ số giữa độ tăng phần trăm của điện áp máy phát khi dòng điện tăng từ 0 đến dòng định mức.Thí dụ khi dòng điện máy phát =0, thì điện áp máy phát là 100%. Khi dòng điện máy phát = dòng định mức, điện áp máy phát là 104% điện áp định mức.Vậy độ tăng tương đối là + 4%. Độ tăng này còn gọi là độ bù (compensation). Độ bù của bộ điều áp càng cao, thì điểm ổn định điện áp càng xa máy phát và càng gần tải hơn.Trong các nhà máy điện nói chung và nhà máy thuỷ điện nói riêng, vấn đề duy trì điện áp đầu cực máy phát ổn định (liên quan đến tần số phát) và bằng với giá trị điện áp định sẵn là rất quan trọng, hệ thống kích từ máy phát phải đảm bảo điều này bằng cách thay đổi giá trị của bộ bù tổng trở khi máy phát vận hành hoặc cách ly với hệ thống và các máy cắt đường dây truyền tải đóng hoặc mở. Thành phần quan trọng nhất trong hệ thống là các cầu chỉnh lưu thyristor và bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR- Automatic Voltage Regulator). 15 R38 Q1 Q2 C10 C12 C13 C15 C16 C17 Z2 Z3 D5 D2 D6 D9 D10 D11 D12 D13 E F I A G B H G CE F B A C D H I D G1 G2 Z6 Z5 G1 K1 CRS2 P.I.D CRS1 R39 C14 A B G2 K2 1 2 3 R1 S1 T1 CCT u v u v u v CCR D1 C1 R1 R2 Z1 C3 C4 C2 R3 R4 R5 R9 R6 R10 R7 R8 C5 C6 C7 C9 C8 R11 R13 R16 R15 R14 D3 R12 D4 R17 R18 R19 R20 R27 R26 R29 R30 R31 R32 R33 R34 R37 R35 R36 3.3.2. Sơ đồ nguyên lý bộ AVR 3.3.2.1. Sơ đồ nguyên lý một bộ AVR. Hình 3-16: sơ đồ nguyên lý bộ AVR 3.3.2.2. Các khối cơ bản a, Mạch đo: Mạch đo được tạo nên bởi biến áp ba pha Tr biến áp này có cuộn sơ cấp nối sao nhận điện áp ba pha R1S1T1, cuộn thứ cấp nối tam giác hở trong đó một nhánh được gửi thêm tín hiệu dòng tải thông qua biến dòng CCT, tín hiệu dòng tải đã được chuyển thành tín hiệu điện áp thông qua biến trở CCR. Giá trị điện áp trên 16 CCR thay đổi được nhờ thay đổi con chạy, điều này giúp cho người vận hành có thể thay đổi được độ nghiêng của đặc tính ngoài hệ thống, giúp cho việc phân phối tải phản kháng các máy phát khi làm việc song song sau này. Biến dòng CCT còn có một cuộn thứ cấp thứ hai, cuộn thứ cấp này có thể dùng vào việc nối cân bằng cho các bộ kích từ máy phát khi chúng làm việc song song thông qua các tiếp điểm phụ của các cầu dao chính ACB. Mạch đo còn có chỉnh lưu cầu ba pha D1 diode zener Z và các điện trở biến trở. Mạch đo của AVR đã được xây dựng trên cơ sở mạch kinh điển như hình 3-11, tín hiệu đo được lấy từ biến áp Tr và điện trở CCR cung cấp thêm tín hiệu dòng khi có tải dưới dạng điện áp sau đó bộ chỉnh lưu Rec biến đổi thành điện áp một chiều, điện áp này được mạch lọc có tụ điện C đưa đến điện trở R3 mắc song song với cầu tạo bởi hai diode zener ZD1 và ZD2 cùng hai điện trở R4 và R5 . Đặc tính vào ra trên cầu diode, điện trở này được trình bày trên hình 3-10 trong đó đặc tính điện áp Vab trên hình 3-12 sẽ có hai vùng làm việc khác dấu, điều này cho phép người thiết kế lựa chọn vùng làm việc theo yêu cầu điều chỉnh của AVR xung quanh điện áp định mức của máy phát. VR1 VR2 CCR IR REC C R1 R2 DET R3 ZD1 R5 ZD2 R4 V Vab ZD2 + - a b Hình 3-17: Sơ đồ nguyên lý mạch đo của AVR. 17 Thực tế cầu đo trong sơ đồ trên đã được thay đổi đôi chút trong đó người ta vẫn tận dụng được đặc tính ngược của diode zener Z làm điện áp chuẩn sau đó dem so sánh với điện áp đo được nhận từ mạch đo để tạo ra điện áp điều chỉnh. Hình 3-18: Đặc tính vào ra của mạch đo. b, Mạch P.I.D Mạch P.I.D (Hình 3-10) được tạo bởi IC Q1 với các linh kiện mạch ngoài để tạo nên bộ điều chỉnh hoàn hảo trong đó mạch tỷ lệ P được lấy tín hiệu sai lệch sau mạch đo, thông qua biến trở VR, điện trở R4 điện trở R8 và Q1. điều chỉnh hệ số Kp thông qua VR. Mạch vi phân D được tạo bởi tín hiệu sai lệch thông qua tụ điện C5 điện trở R5 và Q1 việc điều chỉnh hệ số KD thong qua R5. Mạch tích phân I thông qua tụ điện C6, điện trở R9 và Q1điều chỉnh KI thông qua R9. c, Mạch điều khiển pha Mạch điều khiển pha (Hình 3-10) được xây dựng trên cơ sở các linh kiện chính như các transitor Q3, Q4 và transitor một tiếp giáp Q5. Nguyên lý của mạch điều khiển pha được phân tích trên cơ sở mạch kinh điển hình 3-13 trong đó Q1 làm VR VDET VR5 VZD2 Vab Vv o V1 18 nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu sai lệch Vab, dòng colector được nạp tụ C7 thông qua R17 hằng số thời gian của mạch này sẽ quyết định đến thời gian phát xung đo Q2 tạo nên. Đồ thị hình 3-14 minh họa các giá trị thời gian được tạo ra khi thay đổi hằng số thời gian của mạch R17C7. tín hiệu được khuếch đại bằng Q3, tải của Q3 là biến áp xung được gửi đến điều khiển thyristor SCR. Trong mạch thực tế, tín hiệu sau khuếch đại Q1 được Q3 khuếch đại rồi đưa đến nạp cho tụ C10 và hằng số thời gian của R17 với C10 sẽ tạo nên hoạt động cho transitor một tiếp giáp Q5. Tụ điện C10 còn được can thiệp bởi Q4 từ mạch điều khiển đồng bộ gửi đến nếu Q4 dẫn, thì Q5 không còn khả năng phát xung nữa. Bến áp xung là tải trực tiếp của Q5, biến áp xung có 2 cuộn dây thứ cấp để điều khiển cho hai thyristor G1 và G2. CH1 SCR D7 D8 ZD5 R21 ZD4 C8 R20 R25 C7 Ic R18 Q2 R19 Q1 R17 R16 D6 IB C4 D3 D4 R26 Hình 3-13. Mạch điều khiển pha d, Mạch điều khiển đồng bộ Mạch điều khiển đồng bộ (Hình 3-10) được xây dựng tren cơ sở mạch khueehs đại thuật toán Q2, tín hiệu điều khiển chính là điện áp kích từ phía xoay chiều lấy qua cuộn thứ cấp CD của biến áp, tín hiệu đo được hạn chế bởi diode zener Z6. Trên cửa ra của của Q2 tín hiệu này được so sánh với tín hiệu chuẩn do Z5 tạo ngưỡng. Như vậy, tín hiệu đồng bộ pha can thiệp đến khả năng phát xung Q5 thông qua mức dẫn của Q4. Thực chất là điều khiển thời gian nạp của tụ C10 một cách tự 19 động. Ngưỡng của Z5 tạo ra trên cơ sở tính toán theo giá trị điện áp định mức của máy phát. Mạch đồng bộ sẽ tạo nên cơ chế phối hợp nhịp nhàng của độ lớn cũng như pha của điện áp kích từ (gây ra bởi dong tải của máy phát) để tạo ra một phản hồi âm làm chất lượng cho lưới điện được cải thiện hơn khi chưa có bộ AVR.. HÌnh 3-14. Thời gian được tạo nên trên cơ sở hằng số thời gian của mạch e, Mạch thyristor. Mạch thyristor (Hình 3-10) bao gồm G1 và G2 được mắc đối nhau làm việc cả hai nửa chu kỳ điều khiển, tăng khả năng phản ứng nhanh của hệ thống tạo nên một dòng kích từ có phản ứng lập tức khi cần thiết giống như sườn trước của một xung điều chỉnh, giảm hoàn toàn quá trình quá độ, rút ngắn thời gian quá độ. Cuộn L1 vừa là tải kháng, vừa đóng vai trò như một mắt lọc để tránh điều khiển cực đoan khi các thyristor mở hoàn toàn đúng lúc điện áp kích từ xoay chiều đang đạt giá trị mức cao. 3.3.3. Giới thiệu các loại bộ tự động điều chỉnh điện áp. Mỗi hệ thống kích từ của máy phát được trang bị một bộ tự động điều chỉnh điện áp (Automatic Voltage Regulator - AVR). Bộ AVR được đấu nối với các biến điện áp một pha ll0V riêng biệt nhau nằm trong tủ thiết bị đóng cắt máy phát. Bộ Vc t1 t2 t3 t4 t 20 AVR đáp ứng được thành phần pha thứ tự thuận của điện áp máy phát và không phụ thuộc vào tần số. Bộ AVR là loại điện tử kỹ thuật số, nhận tín hiệu đầu vào là điện áp 3-pha tại đầu cực máy phát, sử dụng nguyên lý điều chỉnh PID theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát, nó cũng có chức năng điều chỉnh hằng số hệ số công suất và hằng số dòng điện trường. Một bộ cài đặt điện áp được sử dụng, thiết bị này thích hợp với việc vận hành bằng tay tại tủ điều chỉnh điện áp và tại tủ điều khiển tại chỗ tổ máy. Bộ cài đặt này có khả năng đặt dải điện áp đầu cực máy phát trong khoảng ±50% giá trị điện áp định mức. Tất cả các bộ cài đặt giá trị vận hành đều là kiểu điện tử kỹ thuật số. Bộ cài đặt giá trị điện áp vận hành bằng tay và bộ cài đặt giá trị điện áp mẫu phải tự động đặt về giá trị nhỏ nhất khi tổ máy dừng. Bộ AVR điều khiển tự động đóng hoặc mở mạch mồi kích từ ban đầu trong quá trình khởi động tổ máy. Chức năng bù điện kháng được thiết kế kèm theo các phương pháp điều chỉnh để có thể bù điện kháng trong khoảng lớn nhất là 20%. Chức năng bù dòng giữa các tổ máy được thiết kế để đảm bảo điện kháng được phân bổ ổn định giữa các máy phát. Có biện pháp ngăn ngừa quá kích từ máy phát trong quá trình khởi động và dừng bình thường của tổmáy. Bộ AVR cùng với trang thiết bị phụ được đặt trong tủ độc lập trên sàn máy phát, phù hợp với các tủ khác của hệ thống kích từ. Tất cả trang thiết bị cho vận hành và điều khiển được lắp trên mặt trước của tủ. Các mạch tổ hợp được thiết kế với độ tin cậy lớn nhất có thể và có kết cấu dự phòng phù hợp để sự cố ở một vài phần tử điều khiển sẽ không làm hệ thống kích từ gặp nguy hiểm hay không vận hành. Tất cả các bộ phận sẽ phù hợp với điều kiện làm việc liên tục và dài hạn dưới điều kiện nhiệt độ 00C-700C và độ ẩm tới 95%. Mỗi cầu nắn dòng thyristor được trang bị riêng một mạch điều khiển xung. Mạch điều khiển xung có khả năng vận hành tự động và không tự động. Các cổng tín hiệu vào và ra có thể bị ảnh hưởng do các nhiễu loạn trong mạch điều khiển, do đó được bảo vệ bằng các bộ lọc nhiễu hoặc bằng các rơ le thích hợp. 21 Độ tin cậy và chính xác của góc pha mạch điều khiển xung phải đảm bảo sao cho các bộ chỉnh lưu hoạt động trong toàn bộ phạm vi áp xoay chiều là 30% - 150% giá trị định mức và tần số là 90%- 145% giá trị định mức, thậm chí cả khi sóng điện áp bị méo ( không là hình sin). Bộ AVR cơ bản gồm có một vòng lặp điều chỉnh áp bằng các tín hiệu tích phân tải để đạt được sự ổn định tạm thời và ổn định động. Đo lường điện áp máy phát được thực hiện trên cả ba pha. Độ chính xác của điện áp điều chỉnh nằm trong trong khoảng 0.5% giá trị cài đặt, trong các chế độ vận hành từ không tải tới đầy tải. Một tín hiệu điều khiển từ bên ngoài được tác động vào bộ AVR để thay đổi liên tục giá trị điều chỉnh mẫu mà không cần bất cứ một bộ phận quay nào. Một mạch cản có thể được sử dụng để hạn chế độ dốc của tín hiệu bên ngoài, nếu cần thiết. Bộ AVR được cung cấp cùng với các bộ giới hạn giá trị kích từ min, max và có thể điều chỉnh; bộ giới hạn cho phép tổ máy vận hành an toàn và ổn định, thậm chí tại các giá trị giới hạn trên và dưới kích từ. Bộ giới hạn hoạt động sẽ tác động điều chỉnh góc mở các thyristor. Nó có khả năng đưa đường cong vận hành của các bộ giới hạn càng gần với đường cong công suất của tổ máy. Do sự xuất hiện sụt áp tức thời hoặc do ngắn mạch ngoài, bộ giới hạn quá kích từ sẽ không phản ứng trong khoảng 1s để cho phép chính xác lại dòng kích từ cưỡng bức. Các giá trị đo lường thích hợp như đo tính trễ của mạng được lấy để đưa vào phục vụ chế độ vận hành dưới kích từ. Một Mạch khoá giữ ổn định mạng (hoặc chống dao động) - switchable stabilizing network được trang bị để góp phần dập dao dộng của tổ máy bằng cách điều khiển thích hợp bộ kích từ. Tín hiệu ổn định được giới hạn sao cho nó không thể làm bộ kích từ thay đổi quá l0% giá trị bình thường trong bất cứ trường hợp nào. Tín hiệu ổn định sẽ tự động cắt khi dòng tác dụng nhỏ hơn giá trị đã xác định. Nó có khả năng xác định các giá trị từ 10-30% giá trị dòng tác dụng bình thường và điều chỉnh tín hiệu đầu ra của khoá Giữ ổn định mạng theo thực tế với các giá trị liên tục từ 0 tới giá trị lớn nhất của nó. Các thông số ổn định được dựa vào thành phần tích phân của biến đổi công suất tác 22 dụng. Tín hiệu công suất đầu vào được lọc thích hợp để không sinh ra giá trị bù điện áp cố định. Bộ AVR được trang bị bộ điều khiển áp đường dây và mạch bù dòng tổ máy để phân bố tải giữa các máy phát.  Bộ điều khiển tự động bán dẫn hoặc kỹ thuật số. Ngày nay, bộ điều khiển thường cấu tạo trên kỹ thuật số-vi xử lý. Màn hình cảm ứng (Touch-screen) được kết nối để có thể cài đặt tham số, thuật toán điều khiển và đo lường các giá trị tức thời. Một số bộ điều tốc cho các máy phát cớ lớn (>15MW) bộ điều khiển có thể kết nối đến hệ thống giám sát SCADA trong nhà máy để giám sát các thông số tức thời, biểu đồ vận hành quá khứ (trent) hoặc các sự kiện bởi các giao thức và mạng thông tin phổ thông hoặc chuyên biệt của nhà sản xuất (Modbus, CAN bus,...)  Bộ điều chỉnh điện áp bằng tay. Bộ điều chỉnh điện áp bằng tay có khả năng điều chỉnh góc mở thyristor bằng một mạch độc lập. Để chỉ báo sự khác nhau giữa điều khiển bằng tay và điều khiển tự động, sẽ trang bị một mạch cân bằng. Trong trường hợp bộ điều chỉnh tự động gặp sự cố thì điều chỉnh bằng tay phải sẵn sàng để tổ máy tiếp tục vận hành. Một mạch chuyển tiếp phải được cung cấp để cho phép chuyển từ chế độ tự động sang chế độ bằng tay mà không có sự thay đổi nào cho bộ kích từ.Các thiết bị phục vụ điều khiển bằng tay được cung cấp cho mỗi hệ thống kích từ máy phát. Trang thiết bị khóa chế độ, chuyển mạch được thiết kế cho tủ kích từ tại các tủ điều khiển tổ máy tại chỗ và tại phòng điều khiển để có thể chọn lựa chế độ vận hành của hệ thống kích từ là tự động điều chỉnh điện áp (AVR) hoặc diều chỉnh bằng tay. Một bộ điều khiển chuyển tiếp cũng phải được thiết kế để chuyển tiếp điều khiển kích từ từ chế độ AVR sang chế độ điều chỉnh bằng tay trong trường hợp mất tín hiệu từ một vài thiết bị đo áp hoặc nguồn vận hành DC, AC của hệ thống AVR. Bộ 23 phát hiện tín hiệu áp xoay chiều sẽ phân biệt được giữa sự cố của mạch áp thứ cấp (đứt mạch, mất pha..) hoặc sự sụt áp của mạch sơ cấp gây ra bởi các sự cố ngắn mạch. Trang thiết bị điều khiển bằng tay được thiết kế để liên tục và tự động đặt tại các vị trí tương ứng với các giá trị mà bộ AVR đạt được sao cho không có sự thay đổi về dòng kích từ nào xảy ra khi chuyển từ chế độ AVR sang điều khiển bằng tay hoặc do chọn chế độ vận hành hoặc do bộ điều khiển chuyển tiếp tác động. 24 KẾT LUẬN Sau thời gian 3 tháng làm đồ án với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: PGS- TS Nguyễn Tiến Ban. Em đã hoàn thành đề tài được giao “ tìm hiểu nhà máy nhiệt điện Uông Bí 2, đi sâu nghiên cứu bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát điện”. Quá trình thực hiện đồ án đã giúp em củng cố lại những kiến thức mà mình đã học. Ngoài ra qua quá trình tìm hiểu thực tế bên ngoài để hoàn thành đồ án đã giúp em có thêm những kiến thức thực tế rất quý báu. Đề tài em đã giải quyết được những vấn đề sau: 1. Tìm hiểu tổng quan về nhà máy nhiệt điện Uông Bí 2. 2. Máy phát điện và các hệ thống phụ phục vụ vận hành khi thao tác. 3. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp cho máy phát điện. Mặc dù đã rất cố gắng và nhận được sự giúp đỡ của thầy PGS-TS Nguyến Tiến Ban và các thầy cô giáo trong bộ môn. Nhưng với lượng kiến thức và thời gian có hạn của mình nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hải phòng ngày tháng năm 2011. Sinh viên: Phạm Văn Chính. 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. GS-TSKH Thân Ngọc Hoàn, Máy điện – nhà xuất bản Xây Dựng Hà Nội (2005). [2]. Phạm Văn Chới, Bùi Tiến Hữu, Nguyễn Tiến Tôn, Khí cụ điện – Nhà xuất bản Khoa học-Kỹ thuật Hà Nội ( 2006 ). [3]. Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Thiết kế cấp điện – Nhà xuất bản Khoa học- Kỹ thuật Hà Nội (2006). [4]. GS-TSKH Thân Ngọc Hoàn, Cơ sở lý thuyết mạch điện – Nhà xuất bản Hà Nội (2003). [5]. Phạm Công Ngô , Lý thuyết tự động điều khiển – Nhà xuất bản Khoa học- Kỹ thuật (2001). [6]. GS-TSKH Thân Ngọc Hoàn, PGS-TS Nguyễn Tiến Ban, Trạm phát và lưới điện tàu thủy – Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội.