Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 2: Vận hành máy phát điện (Mới)

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆNChương 2Vận hành máy phát điệnTLTK: Trịnh Hùng Thám, Vận hành Nhà máy điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007. Chương 2: Vận hành máy phát điện2.1. Khái niệm chung về máy phát điện2.2. Hệ thống làm mát2.3. Hệ thống kích thích2.4. Chế độ làm việc bình thường2.5. Chế độ quá tải2.6. Chế độ không đồng bộ2.7. Chế độ không đối xứng2.8. Máy phát làm việc với phụ tải điện dung 22.1. Các khái niệm chung về máy phát điện2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc2.1.2. Phân loại2.1.3. Các thông số chính32.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việcMF sử dụng phổ biến trong HTĐ là MFĐ đồng bộ ba phaGồm 2 phần chính: Phần cảm và phần ứng. Phần cảm đặt ở rotor và phần ứng đặt ở stator.Rotor có một hoặc nhiều cặp cực trên đó có cuộn dây được nối với nguồn DC, cung cấp dòng điện DC để tạo ra từ trường DC. Stator gồm một hoặc nhiều hệ thống 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120o điện trong không gian. 4Hình vẽ cấu trúc của MF đồng bộ 3 pha đơn giản:Rotor MF được truyền động bởi turbine (động cơ sơ cấp) như hình vẽ sau đây:5Khi rotor quay, từ trường quay rotor sẽ sinh ra sđđ cảm ứng AC 3 pha trên các cuỗn dây stator. Nếu các cuộn dây stator nối với tải sẽ sinh ra dòng điện AC 3 pha. HT dòng điện AC 3 pha sẽ sinh ra từ trường quay, quay đồng bộ với rotor.Trong chế độ vận hành bình thường, turbine cung cấp cơ năng cho MF cùng chiều với chiều chuyển động của rotor, đặc trưng bởi mô men cơ Tm . MF biến cơ năng thành điện năng cung cấp cho phụ tải, đặc trưng bởi Te ( Te = Pω0).6Quá trình chuyển hóa năng lượng trong MF:Để đảm bảo MF làm việc ở tốc độ đồng bộ, mô men cơ phải cân bằng với mô men điện: Tm = Te.72.1.2. Phân loạiMF sử dụng trong HTĐ chủ yếu gồm 2 loại: nhiệt điện và thuỷ điện.(i) MF nhiệt điện:Tốc độ quay lớn, kích thước máy nhỏ và hiệu suất caoTurbine hơiRotor có dạng cực ẩnKhởi động và dừng tổ máy lâu, thay đổi công suất chậmCó giới hạn công suất vận hành cực tiểu (30-40%)8(ii) MF thủy điện:Tốc độ quay thấp, kích thước máy lớnTurbine nướcRotor có dạng cực lồi, nhiều cặp cựcKhởi động và dừng tổ máy nhanh, thay đổi công suất nhanhKhông có giới hạn công suất vận hành cực tiểu.92.1.3. Các thông số chínhCông suất định mức: Sđm, Pđm Điện áp định mức: Uđm Dòng điện định mức: Iđm Hệ số công suất định mức: cosφđm Điện kháng:Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục: Xd và Xq Điện kháng quá độ dọc trục và ngang trục: X’d và X’q10Điện kháng siêu quá độ dọc trục và ngang trục: X’’d và X’’qĐiện kháng thứ tự nghịch: X2Điện kháng thứ tự không X0112.2. Hệ thống làm mát2.2.1. Vai trò của hệ thống làm mát2.2.2. Các môi chất làm mát2.2.3. Các hệ thống làm mátHệ thống làm mát gián tiếpHệ thống làm mát trực tiếp122.2.1. Vai trò của hệ thống làm mátĐảm bảo các phần tử của MF không vượt quá phát nóng cho phépTăng công suất đơn vị của MFHiệu quả làm mát phụ thuộc vào môi chất làm mát và phương pháp làm mát. Việc sử dụng môi chất và phương pháp làm mát tùy thuộc vào công suất định mức của MF. 132.2.2. Các môi chất làm mátMôi chất làm mát bao gồm: Không khí, hydro, dầu, nướcHiệu quả làm mát phụ thuộc vào khối lượng riêng, tỷ nhiệt, nhiệt dẫn , khả năng tỏa nhiệt và áp suất (đối với chất khí).142.2.3. Các hệ thống làm máta. Hệ thống làm mát gián tiếpMôi chất làm mát chạy bên ngoài cách điện của dây dẫn, trong các khe hở thông gióHiệu quả làm mát thấpMôi chất làm mát là không khí hoặc hydro(i) Hệ thống làm mát bằng không khíHệ thống hở: Không khí làm mát được thổi vào MF sau đó được thảy ra ngoài; đơn giản; kém hiệu quả; thích hợp với MF công suất thấp 15Hệ thống kín: Sử dụng lượng không khí nhất định chạy tuần hoàn; không khí sau khi làm mát MF sẽ được làm mát bằng nước; hiệu quả cao; thích hợp với MF công suất nhỏ và trung bình (ii) Hệ thống làm mát bằng hydroChỉ sử dụng hệ thống kínHydro chạy tuần hoàn trong các khe hở thông gió; hydro sau khi làm mát MF sẽ được làm mát bằng nướcÁp suất hydro phải lớn hơn áp suất khí quyển nhằm trách Oxy trong không khí xâm nhập vào MFHiệu quả cao, thích hợp với MF công suất trung bình và lớn 16b. Hệ thống làm mát trực tiếpSử dụng dây dẫn rỗngMôi chất làm mát là hydro hoặc nướcThực hiện cho cả rotor và statorHiệu quả rất cao, phù hợp với MF có công suất lớn và cực lớn172.3. Hệ thống kích từ2.3.1. Nhiệm vụ và các thông số chính2.3.2. Yêu cầu đối với hệ thống kích từ2.3.3. Phân loại và đặc điểm2.3.4. Tự động diệt từ trường cuộn kích từ182.3.1. Nhiệm vụ và các thông số chínhNhiệm vụ: Cung cấp dòng điện kích từ DC cho cuộn dây rotor MF khi vận hành bình thường và thực hiện kích từ cưỡng bức khi cần thiếtCác thông số chính Điện áp định mức UfđmDòng điện định mức IfđmCông suất định mức PfđmBội số kích từ cưỡng bức: KU, KITốc độ kích từ192.3.2. Yêu cầu đối với hệ thống kích từĐảm bảo cung cấp dòng điện kích từ trong chế độ vận hành bình thường cũng như sự cốTrong chế độ vận hành bình thường, hệ thống kích từ phải được tự động điều chỉnh ổn định với điện áp đầu cực MF nằm trong phạm vi ±5% khi phụ tải máy phát thay đổi từ không đến định mứcTác động nhanh: Tốc độ kích từ ≥ 2Ufđm/s. Khi MF làm việc với đường dây tải điện dài tốc độ kích từ phải bằng (7 – 9)Ufđm/s20Đáp ứng nhanh: Đạt được điện áp kích từ lớn nhất có thể có trong thời gian nhất định để đảm bảo phục hồi sự làm việc bình thường khi giải trừ sự cố; Điện áp kích từ cưỡng bức giới hạn lớn nhất được xác định bởi quá điện áp cho phép của mạch kích từ, nói chung không được nhỏ hơn 2Ufđm (khi MF làm việc với đường dây dài, đại lượng này bằng (3-4)Ufđm); dòng điện kích từ lớn nhất khi kích từ cưỡng bức giới hạn phụ thuộc vào phát nóng cho phép của rotor; Thời gian duy trì dòng điện này phụ thuộc vào kiểu kích từ và bằng khoảng (20 – 50) s.212.3.3. Phân loại và đặc điểm hệ thống kích từHệ thống kích từ dùng máy điện một chiềuHệ thống kích từ kiểu chỉnh lưu bán dẫn22Hệ thống kích từ dùng máy điện một chiềuCó 2 loại hệ thống kích thích dùng máy điện DC: Tự kích từ và kích từ độc lập. Hình vẽ:23Ba chế độ làm việc của sơ đồ:Điều chỉnh điện áp bằng tayĐiều chỉnh điện áp tự độngChế độ kích từ cưỡng bứcXác định điện áp kích từ giới hạn lớn nhất có thể có và dòng kích từ giới hạn lớn nhất tương ứngMáy kích từ thường được gắn đồng trục với MFSử dụng hệ thống chổi than vành góp nên độ tin cậy thấpThích hợp với MF có công suất 100 – 150 MW24b. Hệ thống kích từ kiểu chỉnh lưu bán dẫnChỉnh lưu bán dẫn cố địnhDùng nguồn AC là máy phát điện tần số cao25Dùng MBA nối với đầu cực MFChỉnh lưu quay262.3.4. Tự động diệt từ trường cuộn kích từKhi cắt MF cần phải nhanh chóng tự động diệt từ trường cuộn kích từDiệt từ trường bằng cách nhanh chóng giảm dòng điện kích từDiệt từ trường càng nhanh càng hạn chế ảnh hưởng do điện áp MF gây nên, tuy nhiên do điện cảm của cuộn kích từ lớn nên điện áp tự cảm rất lớn làm quá điện áp cuộn kích từThời gian diệt từ trường được xác định sao cho quá điện áp cuộn dây kích từ nằm trong phạm vi cho phép27Diệt từ bằng điện trở tác dụng28Diệt từ bằng buồng dập hồ quang29c. Diệt từ bằng chỉnh lưu ngược30