Báo cáo Chế độ bù của máy phát điện đồng bộ

Lời nói đầu Trong quá trình học tập , ngoài những giờ lên lớp , thảo luận trong nhóm ... thì những đợt thực tập cũng là hết sức cần thiết nhằm giúp cho sinh viên tiếp xúc được với thực tế , hiểu rõ hơn về những gì đã học ở trên lớp . Ngoài ra cũng là dịp để chúng ta tiếp xúc với những tiến bộ kỹ thuật đang được áp dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam . Trong đợt thực tập tốt nghiệp này , với sự giúp đỡ và chỉ bảo nhiệt tình của các giáo viên trong bộ môn , đặc biệt là thầy Nguyễn Bình Thành và thầy Trần Văn Tuấn em đã được tiếp xúc với những vấn đề cụ thể thực tế giúp em hiểu rõ hơn về các lĩnh vực trong ngành hệ thống điện , các ứng dụng của điện tử , vi xử lý trong công nghiệp . Ngoài ra , với sự giúp đỡ của các cán bộ phân xưởng tự động tại nhà máy thuỷ điện Hoà Bình đã giúp em thực hiện đợt thực tập có chất lượng hơn Qua đợt thực tập em đã tìm hiểu được về chế độ bù của máy điện đồng bộ ba pha thực hiện thiết kế chế tạo được rơle số cách điện và hiểu rõ nguyên lý của máy đo PQ số , máy đo độ dãn nở sứ ... do thầy Nguyễn Bình Thành thiết kế Xin chân thành cảm ơn các thầy cô các cán bộ ở nhà máy thuỷ điện Hoà Bình cùng các bạn trong lớp đã tận tình giúp đỡ em . Sinh viên phần 1 Chế độ bù của máy phát điện đồng bộ I-máy điện đồng bộ Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay của roto n bằng tốc độ quay của từ trường n1 gọi là máy điện đồng bộ Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện quốc gia , trong đó các động cơ sơ cấp là các tuabin hơi , tuabin khí hoặc tuabin nước . Công suất mỗi máy phát rất lớn và chúng thường làm việc song song với nhau . Khi hoà một tổ máy vào lưới người ta sử dụng bộ điều khiển hoà đồng bộ . Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình có 8 tổ máy sử dụng tuabin nước , mỗi tổ máy có công suất là 240MW. Tổng công suất của toàn nhà máy là 1920MW . Nhà máy giữ vai trò điều tần trong hệ thống lưới điện quốc gia . Máy phát điện đồng bộ làm việc ở chế độ bù gọi là máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện nhằm bù hệ số công suất ( cosj ) và ổn định điện áp . 1) Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ba pha . Cấu tạo của máy điện đồng bộ ba pha gồm stato mang dây quấn ba pha , roto mang dây quấn kích từ một chiều . Cho dòng điện kích từ vào dây quấn kích từ sẽ tạo lên từ trường roto F0 . Khi toto quay bằng động cơ sơ cấp từ trường của roto sẽ cắt các dây quấn phần ứng stato và cảm ứng ra sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng là : E0=4,44.F.W1.Kdq.F0 Khi dây quấn stato nối với tải trong dây quấn có dòng điện ba pha . Dòng điện ba pha sẽ tạo nên từ trường quay với tốc độ là n1=60.f/p đúng bằng tốc độ của roto 2) Phản ứng phần ứng . Suất điện động E0 cảm ứng ra sẽ chậm pha so với từ thông F0 một góc 900 . Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo ra dòng điện I cung cấp cho tải . Dòng điện I sẽ tạo ra từ trường quay phần ứng F, quay đồng bộ với từ thông roto F0 . Với tải thuần trở góc lệch pha y=0 , E0 và I cùng pha . Từ thông phần ứmg F cùng pha với I , có hướng ngang trục , làm méo từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng ngang trục . Với tải thuần cảm góc lệch pha y=900 , từ thông phần ứng F ngược chiều với F0 , gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ , có tác dụng làm giảm từ trường tổng . Với tải thuần dung góc lệch pha y=-900 dòng điện sinh ra từ thông phần ứng F cùng chiều với F0 gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ , có tác dụng làmtăng từ trường tổng . Với tải bất kỳ ta phân tích dòng điện I thành 2 thành phần : Thành phần dọc trục Id = I. siny Thành phần ngang trục Iq = I. siny Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng vừa có tính chất ngang trục vừa có tính chất dọc trục trợ từ hay khử từ tuỳ thuộc vào tính chất của tải ( tính chất điện cảm hoặc tính chất điện dung ) 3) Các phương trình cơ bản của máy điện đồng bộ a-Máy cực lồi Ů=Ě0–j.İd .Xd – j. İq.Xq b-Máy cực ẩn Ů=Ě0–j.İ .Xdb c-Công suất tác dụng . P=m.U.I.cosf Trong đó U là điện áp pha I là dòng điện pha m là số pha d-Công suất phản kháng . Q=m.U.I.sinf ị Q=m.U.I.sin (y-q) Từ giản đồ véc tơ Q = 4) Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng a-Điều chỉnh công suất tác dụng Muốn điều chỉnh công suất tác dụng ta phải điều chỉnh công suất cơ đưa vào roto . Đối với máy điện đồng bộ sử dụng tuabin nước , việc điều chỉnh công suất cơ được thực hiện bằng cách thay đổi độ mở của cánh hướng hoặc thay đổi độ nghiêng của cánh tuabin . b-Điều chỉnh công suất phản kháng Ta có : Q = Khi giữ U , f , P không đổi thì : Nếu E0.cosq U thì Q > 0 Khi Q< 0 nghĩa là máy không phát công suất phản kháng mà nhận công suất phản kháng để tạo ra từ trường ta nói máy thiếu kích từ . Khi Q> 0 máy phát công suất phản kháng cung cấp cho tải ta nói máy quá kích từ Muốn thay đổi công suất phản kháng của máy ta phải thay đổi E0 nghĩa là phải điều chỉnh dòng điện kích từ ở roto . Muốn tăng công suất phản kháng phát ra thì phải tăng kích từ Trong trường hợp máy điện đồng bộ làm việc thiếu kích từ dòng điện İ chậm pha sau điện áp Ů . Khi sử dụng người ta không thể để động cơ làm việc ở chế độ này vì động cơ sẽ tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện làm giảm hệ số công suất của lưới . Trong công nghiệp người ta cho động cơ làm việc ở chế độ quá kích từ dòng điện I sẽ vượt trước pha điện áp U , động cơ vừa tạo ra cơ năng đồng thời phát ra công suất phản kháng đó chính là chế độ bù của máy điện đồng bộ có tác dụng nâng cao công suất phản kháng cho lưới điện II- thực hiện việc vận hành chế độ bù của máy phát điện đồng bộ ở nhà máy điện thuỷ điện hoà bình. Máy phát muốn làm việc ở chế độ bù thì phải đang được hoà với lưới .Người ta sẽ tăng kích từ của máy để nó làm việc ở chế độ quá kích từ khi đó máy sẽ phát ra công suất phản kháng. Trong chế độ bù rôto vẫn quay với tốc độ đồng bộ với tần số điện lưới . Để máy không tiêu tốn công suất phản kháng của lưới ta phải dùng khí nén nước trong buồng tuabin để làm giảm sức cản của nước lên cánh tuabin . Mức nước trong buồng tuabin sẽ được đo theo nguyên lý chênh áp . Chế độ bù của máy sẽ gọi là không thành công và được kết thúc nếu công suất cơ ở chế độ bù lớn hơn 5MW PHầN II: THIếT Kế RƠLE số CáCH ĐIệN I-Tổng quan về sự phát triển của Rơle số Trước những năm 70 các thiết bị đo lường và bảo vệ là những rơle điện từ tuy chúng có thể bảo vệ thiết bị điện khỏi sự cố nhung còn mang nhiều nhược điểm : +Thời gian tác động chậm +Kém chính xác +Khó thực hiện các phép toán phức tạp +Với những nhiệm vụ nhỏ cũng yêu cầu thiết bị bảo vệ cồng kềnh , chi phí lớn Sau những năm 70 điện tử phát triển mạnh . ứng dụng cho thiết bị rơle bảo vệ đã đạt được những bước tiến mạnh . Từ đó cho đến nay được chia làm 2 giai đoạn : +Những năm 70-năm 90 : Rơle điện tử Nâng cao hơn về độ chính xác và độ tác động Thực hiện tốt một số phép xử lý : Cộng , trừ , nhân , chia , đạo hàm , tích phân , đếm , trễ , ..... +Từ sau những năm 90 :Vi xử lý , vi điều khiển được đưa vào thiết bị đo và bảo vệ , đã tạo nên những bước ngoặt trong sự phát triển của các thiết bị trên . Đo nhanh tác động nhanh chính xác cao tin cậy cao Có thể thu thập dữ liệu và lưu trữ chúng với dung lượng lớn Khả năng biểu diễn thông tin đa dạng phong phú ( hiển thị trên LCD , LED , ghi và vẽ đồ thị về giá trị trạng thái của quá trình ...) Có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chức năng bảo vệ cho một đối tượng được bảo vệ ( Tính thành bộ cao ) Truyền tin được với phòng điều khiển trung tâm Về kết cấu có thể tích thu gon rất nhiều : Một rơle số có thể thay thế 1 tủ rơle cũ Giá thành rẻ hơn thiết bị truyền thống : Ví dụ một tủ rơle truyền thống bảo vệ một đường dây phân phối cùng với tủ giá khoảng 3500 USD . Trong khi đó một role số bảo vệ đường dây phân phối giá khoảng 1500 USD , tối đa là 2000 USD . Nếu sản xuất trong nước thì giá chỉ còn một nửa đến 2/3 giá trên thậm chí nếu đưa vào sản xuất hàng loạt giá chỉ còn 1/3 . II-Nhiêm vụ của role số cách điện cho nhà máy phân đạm Hà Bắc Rơle có nhiệm vụ luôn theo dõi điện trở cách điện giữa stato và vỏ máy của một môtơ bơm ngâm chìm trong bể amoniac . Môtơ thuộc loại không đồng bộ ba pha có trung tính không nối đất . Sẽ rất nguy hiểm khi xảy chạm điện với vỏ bị mát nhiệm vụ thư : +Canh đo điện trở cách điện của môtơ chu kỳ đo mỗi giây một lần . Nếu Rcd>600K thì một ngày ghi lại một lần . Nếu Rcd thuộc khoảng 500-600K thì một giờ ghi lại một lần ( ghi giá trị nhỏ nhất ) . Nếu Rcd<500K thì tác động rơle cắt môtơ ra khỏi lưới ghi lại sự cố này cùng thời điểm xảy ra sự cố vào EEPROM . +Hiển thị trên màn hình LCD và LED +Có thể lập trình thông số bằng một bàn phím chức năng gồm 4 phím +Truyền tin với phòng điều khiển trung tâm của hệ thống thu thập quản lý và điều khiển dữ liệu của nhà máy qua cổng truyền thông RS232 và RS485 , giúp người vận hành có thể đối thoại với role từ phòng điều khiển trung tâm +Sử dụng Real Time Clock ( RTC ) để biết thời điểm xảy ra sự cố Sơ đồ khối của rơle III-Thiết kế phần cứng Mạch đo Đặt điện áp cao lên Rcd sẽ có dòng rò qua điện trở , đo dòng rò trên điện trở Rdo =1K ta sẽ tính được Rcd sơ đồ đo như hình vẽ: Quan hệ giữa Rcd và Irò : Irò = 300/(Rp+Rcd) Rcd =300/Irò – Rp = 300/Irò – 740 Một ưu điểm cần chú ý của mạch đo trên là ngăn chặn được nguy hiểm khi xảy ra chạm vỏ của điện áp cấp cho rôto sẽ gây ra một điện áp xoay chiều gần bằng điện áp pha đặt trên Rcd xuất hiện dòng rất lớn phống ngược ra phá hỏng mạch điện tử. Đó là do tác dụng của tụ chặn. Mạch chuyển đổi Điện áp rơi do dòng rò qua Rdo được đưa vào mạch khuếch đại sau đó đưa vào ADC để chuyển thành tín hiệu số đưa vào Vi Điều Khiển ADC được sử dụng ở đây là loại 12 bít ICL7109 (ADC tích phân hai sườn) 3) Bàn phím chức năng Được sử dụng để người vận hành ở hiện trường có thể cài đặt các thông số cho rơle Bàn phím chức năng gồm có bốn phím Phím FUNC: dùng để lựa chọn thông số cần cài đặt cho rơle Phím INC : dùng để tăng giá trị của thông số được cài đặt Phím DEC : dùng để giảm giá trị của thông số được cài đặt Phím OK : khi đã đồng ý giá trị của thông số được cài đặt ta nhấn phím OK giái trị mới ấy sẽ được update vào EEPROM. Bàn phím chức năng sử dụng vi mạch mã hoá ưu tiên 74148 Mã của các phím: FUNC KEY 000 INC KEY 001 DEC KEY 010 OK KEY 011 4)Màn hình hiển thị LCD Trong chế độ run màn hình này hiển thị giá trị đo được của Rcd cùng với thời gian thực . giá trị của Rcd được đo và update lên LCD mỗi giây một lần. Ngoài ra LCD cùng với bàn phím chức năng được dùng cho việc đối thoại giưã Rơle và người vận hành tại hiện trường khi muốn cài đặt. 5) Ngoại vi Real Time Clock(RTC 12887) 6) Ngoại vi EEPROM (2817A) 7) Hiển thị trên LED Để thuận tiện cho việc quan sát Rcd từ khoảng cách xa giá trị Rcd được đưa ra hiển thị trên màn hình LED 3 digit. 8) Truyền thông với máy tính trung tâm qua RS232 &RS485 9) Mạch in Maincard Top layer of Maincard Bottom layer of MainCard Source Card Commponent Bottom layer of SOURCECEARD KEY CARD LED Display CARD Top layer Bottom layer