phương pháp hòa đồng bộ chính xác

Thiết bị tự động hòa đồng bộ chính xác:

Nguyên tắc chung:

Để đóng máy phát đúng vào thời điểm thuận lợi (điểm 1 trên hình 10.1c) cần phải đưa xung đến máy cắt trước thời điểm này, bởi vì máy cắt có thời gian đóng riêng. Thời gian đóng trước tđt phải bằng thời gian đóng của máy cắt tĐMC. Thời điểm đưa xung đến máy cắt tương ứng với điểm 2 trên hình 10.1c, lúc này điện áp phách khác 0, trị số của nó được xác định bằng vị trí của điểm 2’. Góc giữa các vectơ điện áp máy phát và hệ thống tương ứng với đt.tđt gọi là góc đóng trước

s. tđt (10.3)đt = 

Tùy thuộc vào việc thực hiện bộ phận đóng trước, người ta chia ra 2 loại thiết bị hòa đồng bộ :

* Thiết bị hòa đồng bộ có góc đóng trước không đổi đạt được một giá trị xác định khôngđt = const.), đưa xung đi đóng khi góc ( đổi.

* Thiết bị hòa đồng bộ có thời gian đóng trước không đổi (tđt = const.), đưa xung đi đóng với thời gian đóng trước không đổi, bằng thời gian đóng tĐMC của máy cắt.

Thiết bị hòa đồng bộ chính xác có thời gian đóng trước không đổi được áp dụng rộng rãi hơn.

Thiết bị hòa đồng bộ có thời gian đóng trước không đổi:

- Bộ phận nguồn: đảm bảo cung cấp cho các phần tử trong thiết bị hòa, đồng thời tạo nên điện áp phách US.

- Bộ phận đóng trước: đưa xung đi đóng máy cắt của máy phát trước thời điểm các vectơ UF và UHT chập nhau một khoảng thời gian tđt = const.

- Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số của máy phát và hệ thống: đảm bảo cho tín hiệu của bộ phận đóng trước thông qua đi đóng máy cắt khi độ lệch tần số không vượt quá giá trị cho phép.

- Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp của máy phát và hệ thống: cho phép tín hiệu đi đóng máy cắt thông qua khi điện áp của máy phát và hệ thống không lệch quá giá trị cho phép.

- Bộ phận điều chỉnh tần số: thực hiện việc điều chỉnh tần số của máy phát cần hòa so với tần số của các máy phát đang làm việc bằng cách tác động đến cơ cấu điều khiển turbine.

- Bộ phận đóng: tạo nên một độ dài nhất định của xung đi đóng MC.

Hình 8

Dưới đây ta sẽ khảo sát chi tiết một số bộ phận của thiết bị:

a) Bộ phận đóng trước:

Bộ phận đóng trước (hình 10.4a) bao gồm máy biến áp trung gian B4, phần tử chỉnh lưu, bộ lọc L, phần tử vi phân VP, cơ cấu không P1 3RG làm nhiệm vụ thay đổi trị số đặt về thời gianvà các rơle trung gian 1RG đóng trước.

Phần tử chính của bộ phận đóng trước là cơ cấu không P1, tín hiệu ở đầu ra của nó xuất hiện khi dòng điện ở 2 đầu vào đạt được giá trị bằng nhau (tại điểm a1 và a2 trên hinh 10.4c). Tín hiệu ở đầu ra của bộ phận đóng trước là điện áp Uđt dạng xung chữ nhật tồn tại đến cuối chu kỳ trượt.

Dòng i1 ở đầu vào thứ nhất của cơ cấu không P1 được R3:xác định bằng giá trị điện áp phách US và điện trở R1

Hình 9

trong đó: R bằng R1, R2 hoặc R3.

K1 là hệ số tỷ lệ.

Dòng i2 ở đầu vào thứ hai của cơ cấu không P1 được xác định bằng điện áp ở đầu ra VP (hình 10.4b). Phần tử vi phân tạo nên điện áp tỷ lệ với đạo hàm điện áp phách. Đầu vào của VP nhận được điện áp phách US.

Điện áp ở đầu ra VP bằng:

Ura = RC

Hình 10

Phần tử vi phân VP được nối như thế nào để dòng i2 tạo nên bởi điện áp Ura có dạng:

i2 = - K2 (10.6)

trong đó: Uvào là điện áp đầu vào của phần tử vi phân (Uvào = US)

K2 là hệ số tỷ lệ

Từ hình 10.4c ta thấy, vào thời điểm t = TS - tđt thì i1 = i2 (vào thời điểm này phần tử không P1 sẽ cho tín hiệu đi đóng máy phát). Do vậy:

a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Sơ đồ phần tử vi phân VP;

c) Đồ thị thời gian làm việc= const.

Như vậy, thời gian đóng trước tạo nên bởi cơ cấu không P1 là một đại lượng không đổi không phụ thuộc vào tốc độ góc trượt (trên hình 10.4c, ta thấy rằng tđt1 = tđt2).

Để hiệu chỉnh cơ cấu không P1 có thời gian đóng trước bằng với thời gian đóng của máy cắt, dùng khóa chuyển mạch K1 điều khiển R3 (hình 10.4a). 3RG để thay đổi điện trở R1 các rơle trung gian 1RG

b) Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số:

Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số (hình 10.5a) gồm máy biến áp trung gian B5, phần tử chỉnh lưu, bộ lọc L, phần tử rơle P2, trigơ P3 và P5, phần tử thời gian P4 và P6.

Ở đầu vào của bộ phân kiểm tra độ lệch tần số, cũng như ở đầu vào của bộ phận đóng trước, là điện áp phách uS. Điện áp này sau khi chỉnh lưu để có US được đưa vào phần tử rơle P2. Tín hiệu ở đầu ra của phần tử P2 xuất hiện khi điện áp phách US đạt tới trị số điện áp khởi động UkđP2 của phần tử P2. Tín hiệu này tồn tại đến khi nào điện áp phách giảm xuống nhỏ hơn điện áp trở về UtvP2. Điện áp khởi động và trở về có thể điều chỉnh được nhờ điện trở R4 và R5. Trên đồ thị hình 10.5b, thời điểm khởi động của phần tử P2 tương ứng tại các điểm a1, a2, a3; thời điểm trở về - điểm b1, b2, b3. Độ dài tín hiệu ở đầu ra của phần tử P2 tỷ lệ thuận với chu kỳ trượt. Để kiểm tra độ dài của chu kỳ trượt (hoặc độ lệch tần số), trong sơ đồ dùng 2 phần tử thời gian P4, P6 được điều khiển bởi các trigơ P3, P5.

Trigơ là một phần tử chuyển mạch được đặc trưng bằng 2 trạng thái cân bằng điện ổn định co hoặc không có tín hiệu ở đầu ra của nó. Trigơ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác khi có tín hiệu đưa đến một trong những đầu vào của nó. Sau khi mất tín hiệu điều khiển, trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái của mình.

Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số làm việc như sau :

s1* Khi tốc độ góc trượt > scp là tốcscp ( độ góc trượt lớn nhất cho phép lúc hòa đồng bộ): phần tử rơle P2 khởi động (tại điểm a1) chuyển trigơ P3 sang trạng thái có tín hiệu, đảm bảo sự khởi động của phần tử thời gian P4. Ứng với tốc độ trượt này phần tử P4 có thời gian duy trì t1 sẽ không tác động được, vì trước đó tại điểm b1 phần tử P2 đã trở về và đồng thời phần tử logic KHÔNG đưa tín hiệu đi giải trừ trigơ P3. Điện áp ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số UKf trong trường hợp này bằng không, làm ngăn cản tác động của thiết bị hòa đồng bộ.

scp: s2 * Trong phạm vi tốc độ trượt cho phép scp, chu kỳ trượt lớn hơn trường hợp thứ nhất. Trong khoảngs2 = ví dụ khi thời gian giới hạn giữa 2 điểm a2 và b2, phần tử thời gian P4 làm việc thành công. Tín hiệu ở đầu ra của nó chuyển trigơ P3 sang trạng thái không tín hiệu, chuyển trigơ P5 sang trạng thái có tín hiệu.

Hình 17

a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Đồ thị thời gian làm việc

Trigơ P5 là phần tử đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số, điện áp UKf ở đầu ra của nó được đưa đến bộ phận đóng của thiết bị hòa đồng bộ. Độ dài của tín hiệu đầu ra được xác định bằng thời gian duy trì t2 của phần tử thời gian P6. Độ dài của tín hiệu đầu ra có thể nhỏ hơn khoảng thời gian t2 nếu sau khi bộ phận kiểm tra độ lệch tần số làm việc, quá trình trượt tần số vẫn chưa chấm dứt. Tín hiệu đầu ra mất đi khi phần tử rơle P2 khởi động trong chu kỳ trượt kế tiếp (điểm a3 trên hình 10.5b).

Trong vùng tốc độ trượt cho phép, điện áp UKf ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số và điện áp Uđt ở đầu ra của bộ phận đóng trước có một vùng trùng nhau (vùng gạch chéo), tại vùng đó khi đảm bảo tuân theo đúng những điều kiện hòa đồng bộ còn lại sẽ xuất hiện tín hiệu đi đóng máy cắt.

Hình 18

Hình 19

Hình 20

a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Sơ đồ nối vào điện áp phách

c) Đồ thị thời gian làm việc

Hình 21

bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp

= 1800 ; UF = UHT = 0; UF = UHT b) a)

= 0; UFc) < = 1800 ; UFUHT d) < UHT

s3* Khi tốc độ góc trượt << scp: Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số khóa thiết bị hòa đồng bộ không những khi tần số trượt lớn hơn cho phép mà còn cả khi tốc độ trượt quá bé. Chế độ tốc độ trượt quá bé được đặc trưng bằng hiện tượng “treo” tần số của máy phát. Chế độ này không tốt vì quá trình tiến đến trùng khít vectơ điện áp máy phát và điện áp hệ thống diễn ra chậm chạp làm kéo dài thời gian đóng máy phát. Sự làm việc của các phần tử trong bộ phận này khi tốc độ trượt quá bé được minh họa trên đồ thị thời gian hình 10.5b. Từ đồ thị ta thấy rằng, điện áp UKf ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số và điện áp Uđt ở đầu ra của bộ phận đóng trước không trùng nhau về thời gian, điều này làm cho tín hiệu đi đóng máy cắt ở bộ phận đóng không xuất hiện.

c) Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp:

Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp (hình 10.6a) bao gồm phần tử chỉnh lưu, bộ lọc L, cơ cấu không P7, trigơ P8 và P9, phần tử thời gian P10. Đầu vào của bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp là điện áp phách lấy giữa điểm giữa của phân áp R6-R7 với điện áp UB (hình 10.6b). Điện áp phách mà bộ so với điện áp phách từ pha UAF và UAHT. Đường biểuphận này sử dụng lệch 180 diễn sự thay đổi điện áp phách ở đầu vào như trên hình 10.6c. Đồ thị vectơ giải thích tính chất thay đổi của điện áp phách trên hình 10.7. Từ đó ta thấy rằng, , cực tiểu khi = 0điện áp phách mà bộ phận này sử dụng có trị số cực đại khi . Việc kiểm tra độ lệch điện áp máy phát và hệ thống được thực hiện ở vùng=180 , nếu UF = UHT thì điện áp phách bằng 0, = 180. Vào thời điểm  180 có góc UHT thì điện áp phách lớn hơn 0.nếu UF

Điện áp phách US đưa đến đầu vào thứ nhất của cơ cấu không P7, ở đầu vào thứ hai của nó là điện áp mẫu Umẫu từ bộ nguồn Ung. Điện áp mẫu có thể điều chỉnh được nhờ điện trở R8. Điện áp mẫu lấy bằng độ lệch cho 11)% Uđm.phép của điện áp máy phát và hệ thống, vào khoảng (10

Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp làm việc như sau :

* Nếu UF = UHT hay nếu độ lệch UF và UHT không vượt quá giá trị cho phép, thì cơ cấu không P7 khởi động. Tín hiệu ở đầu ra của 1800 khi điện áp phách và điện áp mẫu bằng nhau P7 xuất hiện trong vùng góc (điểm a trên hình 10.6c), tại điểm b tín hiệu này mất đi. Trigơ P8 ghi nhận sự khởi động của phần tử P7, tín hiệu ở đầu ra của P8 là điện áp UKU được đưa đến bộ phận đóng. Độ dài của tín hiệu đầu ra được giới hạn bởi phần tử thời gian P10 điều khiển bằng trigơ P9 theo tín hiệu từ bộ phận đóng trước. Thời gian t3 của P10 được tính toán đủ để đảm bảo cho bộ phận đóng làm việc một cách chắc chắn = 0o (hay 360o).trong vùng góc

* Nếu độ lệch điện áp máy phát UF và hệ thống UHT vượt quá giá trị cho phép, điện áp phách luôn luôn lớn hơn điện áp mẫu Umẫu, vì vậy cơ cấu không P7 không khởi động, điện áp đầu ra UKU bằng 0 và bộ phận đóng bị khóa.

d) Bộ phận điều chỉnh tần số:

Bộ phận điều chỉnh tần số (hình 10.8a) bao gồm các máy biến áp trung gian B6 và B7, phần tử chỉnh lưu và bộ lọc L, phần tử rơle P11 và P12, bộ khuếch đại P13, P14, P17, P18, phần tử thời gian P15 và P16, rơle trung gian 6RG, 7RG và rơle đầu ra 9RG, 10RG. Bộ phận này có hai phần đối xứng: phần thứ nhất gồm các phần tử B6, P11, P13, 6RG, P17, 9RG có nhiệm vụ làm tăng tần số máy phát, phần thứ hai gồm các phần tử B7, P12, P14, 7RG7, P18, 10RG làm giảm tần số máy phát. Phần tử P15 và P16 chung cho cả 2 phần.

Đưa vào máy biến áp B6 là điện áp phách tạo nên bởi UAHT và UAF, vào máy biến áp B7 là điện áp phách tạo nên bởi UAHT và UCF. Từ Fđồ thị vectơ trên hình 10.9 ta thấy: khi < HTF - S = HT ( < 0), Fđiện áp UP12 trên phần tử P12 chậm 600 sau điện áp UP11 trên phần tử P11; khi >HTF - S = HT ( > 0), điện áp UP12 trên phần tử P12 vượt 600 trước điện áp UP11 trên phần tử P11. Tính chất thay đổi điện áp phách như vậy được dùng để xác định dấu của độ lệch tần số máy phát và tần số hệ thống nhằm tạo nên các tác động điều khiển tương ứng.

Phần tử rơle P11, P12 được chỉnh định ở cùng một điện áp khởi động và điện áp trở về như nhau, việc chỉnh định được thực hiện nhờ R12. Điện áp trở về được điều chỉnh khá thấp để vào thời điểmcác điện trở R9 trở về của một phần tử (điểm b1 hoặc b2 trên hình 10.8b), điện áp trên phần tử kia sẽ nhỏ hơn điện áp khởi động (điểm c1 hoặc c2). Nhờ vậy loại trừ được khả năng cùng khởi động 2 phần tử rơle P11, P12 trong một chu kỳ trượt.

Bộ phận điều chỉnh tần số tác động như sau :

F* Nếu < HT thì phần tử rơle P11 khởi động trước (điểm a1 trên hình 10.8). Điện áp xuất hiện ở đầu ra của nó và qua bộ khuếch đại P13 làm rơle trung gian 6RG tác động. Tiếp điểm của 6RG mở ra cắt mạch điện áp đưa đến phần tử P12, khóa phần tác

Hình 22

Hình 23

a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Đồ thị thời gian làm việc.

Hình 24

động đi giảm tần số. Khóa liên động như vậy có tác dụng cho đến khi phần tử P11 trở về (điểm b1). Khi P11 tác động, phần tử thời gian P16 sẽ khởi động sau thời gian chậm trễ t4 của phần tử thời gian P15, qua phần tử P17 và rơle đầu ra 9RG đưa tín hiệu tác động đến cơ cấu điều khiển turbine theo hướng “tăng tốc độ”.

Thời gian t4 cần thiết để loại trừ khả năng tác động đến turbine khi khởi động ngắn hạn phần tử P11và P12 vào thời điểm đóng của máy hòa đồng bộ. Độ dài của tín hiệu đưa đến cơ cấu điều khiển turbine được giới hạn bởi thời gian t5 tạo nên bằng phần tử P16. Trị số đặt của phần tử P16 có thể điều chỉnh được nhờ điện trở R13. Như vậy trong mỗi chu kỳ trượt, bộ phận này tạo nên một xung tác động đưa đến bộ điều chỉnh tần số quay của turbine. Tần số trượt càng lớn thì xung điều chỉnh càng dày, nghĩa là bộ phận điều chỉnh tần số thực hiện một sự điều chỉnh bằng xung tỉ lệ.

* Bộ phận điều chỉnh tần số cũng tác động tương tự Fkhi >HT nhưng theo hướng ngược lại và tạo xung tác động làm “giảm tốc độ” của máy phát.

Hình 25

e) Bộ phận đóng:

Bộ phận đóng trên hình 8.10 gồm có phần tử VÀ, trigơ P19, khuếch đại P20 và P22, rơle đầu ra 4RG, phần tử thời gian P21 và rơle giới hạn xung đóng 5RG. Tín hiệu đi đóng máy cắt của máy phát được tạo nên bởi phần tử VÀ khi tồn tại đồng thời 3 tín hiệu ở đầu vào của nó: điện áp ở đầu ra của bộ phận đóng trước Uđt, điện áp ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số UKf và điện áp ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp UKU. Tín hiệu này được ghi nhận bằng trigơ P19 và rơle đầu ra 4RG. Mạch giới hạn tín hiệu đi đóng máy cắt gồm các phần tử P21, P22 và rơle 5RG. Khi tín hiệu đi đóng máy cắt được phát đi thì phần tử thời gian P21 cũng khởi động. Sau thời gian duy trì t6 của P21, rơle 5RG sẽ tác động, tiếp điểm của 5RG mở mạch cung cấp cho bộ phận nguồn của thiết bị hòa đồng bộ. Như vậy sau khi thực hiện thao tác tự động đóng máy phát, thiết bị hòa đồng bộ cũng sẽ được tự động tách ra.

phương pháp hòa TỰ đồng bộ:

Dòng cân bằng:

Theo sơ đồ thay thế hình 8.11b, dòng cân bằng xuất hiện khi đóng máy phát được xác định bằng công thức:

Hình 26

trong đó:

x’’dF : điện kháng siêu quá độ dọc trục của máy phát .

xHT : điện kháng của hệ thống.

xll : điện kháng của phần tử liên lạc giữa máy phát và hệ thống.

Khi đóng máy phát vào hệ thống có công suất vô cùng lớn (xHT = 0; xll = 0) thì:

Hình 27

Ta thấy dòng cân bằng khi hòa tự đồng bộ xấp xỉ dòng ngắn mạch 3 pha ở đầu cực máy phát và nó nhỏ hơn dòng cân bằng lớn nhất khi hòa đồng bộ chính xác. Đóng máy phát bằng phương pháp tự đồng bộ cũng làm giảm thấp điện áp ở đầu cực của máy phát, ảnh hưởng không tốt đến sự làm việc của các hộ tiêu thụ nối với thanh góp điện áp máy phát của nhà máy điện.

Hình 28

a) Sơ đồ nối điện b) Sơ đồ thay thế

Ưu điểm chính của phương pháp tự đồng bộ là có khả năng đóng máy phát vào mạng khá nhanh so với phương pháp hòa chính xác. Điều này đặc biệt quan trọng khi đóng máy phát trong điều kiện sự cố của mạng điện, lúc ấy cần phải đóng nhanh máy phát dự trữ.

Thiết bị hòa tự đồng bộ:

Thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động đảm bảo tự động đóng máy cắt của máy phát chưa được kích từ khi tần số quay của máy phát gần bằng tần số quay của các máy phát khác đang làm việc. Việc điều chỉnh tần số quay của máy phát trước khi đóng vào có thể được tiến hành bằng tay bằng cách tác động đến bộ điều chỉnh tốc độ quay của turbin, máy phát được kích từ sau khi đóng máy cắt của nó.

Dưới đây, chúng ta khảo sát thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động áp dụng ở các nhà máy nhiệt điện.

Phần tử chính của thiết bị (hình 8.12) là rơle hiệu tần số Rf, có nhiệm vụ kiểm tra độ lệch tần số của điện áp máy phát và hệ thống. Cuộn I của Rf nối vào máy biến điện áp 1BU cuả máy phát và nối nối tiếp với điện trở R1. Cuộn II của Rf nối với máy biến điện áp 2BU của hệ thống.

Thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động được đưa vào làm việc bằng cách chuyển khóa điều khiển K sang vị trí Đ, đóng mạch 1BU, 2BU, mạch thao tác một chiều và mạch đầu ra.

Khi chưa được kích từ, trị số điện áp dư của mỗi máy phát một khác nhau. Để điện áp từ 1BU của các máy phát khác nhau đưa đến cuộn I của rơle Rf gần bằng nhau, mỗi máy phát được hiệu chỉnh với một trị số điện trở R1 khác nhau. Việc điều chỉnh biến trở R1 được thực hiện khi hiệu chỉnh thiết bị.

Hình 29

a) Mạch xoay chiều ; b) Mạch thao tác

Vào lúc đưa điện áp đến các cuộn dây của rơle Rf, tiếp điểm của rơle có thể đóng ngắn hạn. Để loại trừ tác động không đúng của thiết bị, cuộn dây I và II của Rf được nối vào 1BU và 2BU không cùng một lúc: trước tiên nối cuộn dây II, sau đó một thời gian (khoảng vài sec) được hiệu chỉnh ở tiếp điểm RT1 của rơle thời gian RT, cuộn dây I được nối vào nhờ rơle trung gian 3RG (qua tiếp điểm 3RG2). Ngoài ra thời gian duy trì của tiếp điểm RT2 trong mạch gồm các tiếp điểm Rf1 và Rf2 cần thiết để loại trừ sự tác động không đúng của rơle vào lúc đưa điện áp đến cuộn I của rơle Rf.

Khi tần số trượt bằng tần số khởi động của rơle Rf, rơle đầu ra 1RG của thiết bị sẽ khởi động và tự duy trì bằng tiếp điểm 1RG11. Tiếp điểm 1RG3 khép mạch đóng máy cắt 1MC của máy phát. Sau khi đóng 1MC, aptomat diệt từ ADT của máy phát đóng lại đưa kích từ đến cuộn dây rôto máy phát (trạng thái đóng của máy phát được kiểm tra bằng tiếp điểm phụ 1MC1). Máy phát đã được kích từ và sẽ được kéo vào làm việc đồng bộ.