Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 11: Tự động điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng

 để thay đổi một cách đều đặn dòng IK khi đưa thiết bị compun vào 
làm việc, cũng như khi tách nó ra. 
Hình 11.8 : Sơ đồ cấu trúc của thiết bị compun kích từ máy phát 
 162
Hình 11.9 : Đặc tính thay đổi điện áp UF
của máy phát ứng với các cosϕ khác nhau 
Ưu điểm của thiết bị compun là đơn giản, tác động nhanh. Nhưng có một số nhược 
điểm: 
 Compun tác động theo nhiễu, không có phản hồi để kiểm tra và đánh giá kết 
quả điều chỉnh. 
 Đối với sơ đồ nối compun vào cuộn kích từ WKT của máy kích thích như hình 
11.7a, khi IF< IFmin thì UF thay đổi giống như trường hợp không có compun (hình 11.9). 
Dòng IFmin gọi là ngưỡng của compun. Thường IFmin = (10 ÷ 30)%IFđm. Tuy nhiên máy 
phát thường không làm việc với phụ tải nhỏ như vậy nên nhược điểm này có thể không 
cần phải quan tâm. 
 Compun không phản ứng theo sự thay đổi của điện áp và cosϕ, do vậy không thể 
duy trì một điện áp không đổi trên thanh góp điện áp máy phát. Trên hình 1.19 là đặc tính 
thay đổi điện áp UF theo IF. Ta thấy với cùng một giá trị IF, thiết bị compun sẽ điều chỉnh 
điện áp UF đến những giá trị khác nhau ứng với các trường hợp cosϕ khác nhau. 
Hình 11.10 : Sơ đồ cấu trúc của correctơ điện áp 
 163
II.3. Correctơ điện áp: 
Correctơ điện áp là thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động theo độ lệch điện 
áp, thường được dùng kết hợp với thiết bị compun kích từ để điều chỉnh điện áp ở đầu 
cực máy phát một cách hiệu quả. 
Hình 11.10 là sơ đồ cấu trúc của correctơ điện áp, trong đó bao gồm: bộ phận đo 
lường ĐL và bộ phận khuyếch đại KĐ. Bộ phận đo lường ĐL nối với máy biến điện áp 
BU qua tự ngẫu đặt TNĐ. Khi điện áp thay đổi, bộ phận đo lường ĐL sẽ phản ứng và 
điều khiển sự làm việc của bộ phận khuyếch đại KĐ. Tự ngẫu đặt TNĐ để thay đổi mức 
điện áp máy phát cần phải duy trì bởi correctơ. Bộ phận khuyếch đại KĐ cũng được cung 
cấp từ BU và đưa dòng correctơ đã được chỉnh lưu IC vào cuộn kích từ phụ WKTf của máy 
kích thích. Dòng IC đi qua cuộn kích từ phụ cùng hướng với dòng trong cuộn kích từ 
chính WKT của máy kích thích. 
Bộ phận đo lường gồm 2 phần tử (hình 11.11a): phần tử tuyến tính TT và phần tử 
không tuyến tính KTT. Phần tử tuyến tính TT tạo nên dòng điện tuyến tính ITT tỷ lệ với 
điện áp UF của máy phát, phần tử không tuyến tính KTT tạo nên dòng điện IKTT phụ 
thuộc một cách không tuyến tính vào điện áp UF của máy phát (hình 11.11b). 
Hình 11.11 : Bộ phận đo lường 
a) Sơ đồ khối chức năng b) Đặc tính quan hệ của dòng ITT và IKTT với áp đầu vào 
Bộ phận đo lường làm việc theo nguyên tắc so sánh dòng ITT và IKTT. Từ đặc tính 
trên hình 11.11b ta thấy rằng: khi UF = U0 (U0 là một điện áp xác định trên thanh góp nối 
máy phát), dòng ITT = IKTT, lúc ấy sẽ có dòng ICmin nhỏ nhất đưa ra từ correctơ. Khi UF 
giảm, ví dụ giảm đến U1 thì ITT > IKTT và tín hiệu từ bộ phận đo lường ĐL sẽ điều khiển 
bộ phận khuyếch đại KĐ làm tăng dòng IC đưa vào cuộn kích từ phụ WKTf của máy kích 
thích để tăng UF lên. 
Khi điện áp UF tăng, ví dụ tăng tới U2 thì IKTT > ITT, lúc này cũng xuất hiện dòng IC 
> ICmin làm tăng UF thêm nữa. Để ngăn ngừa correctơ tác động không đúng như vậy, 
trong sơ đồ của correctơ có bố trí một phần tử khóa khi IKTT>ITT. 
Đặc tính của correctơ là quan hệ giữa dòng IC với điện áp trên thanh góp nối máy 
phát như hình 11.12. 
Điểm a, tương ứng với khi IC = IC max, xác đinh khả năng tăng cường kích từ lớn 
nhất có thể đảm bảo bởi correctơ. Dòng IC min tại điểm d xác định khả năng giảm kích từ 
 164
thấp nhất khi UF tăng. Sự giảm thấp của đặc tính ở đoạn ac là do điện áp nguồn cung cấp 
cho correctơ bị giảm thấp cùng với sự giảm thấp UF. Đoạn de nằm ngang do tác dụng của 
phần tử khóa khi IKTT > ITT. 
Sơ đồ correctơ đã khảo sát trên là 
loại một hệ thống. Đầu ra của correctơ 
một hệ thống thường nối như thế nào 
để IC đi qua cuộn kích từ phụ WKTf 
thuận chiều với dòng IKT trong cuộn 
kích từ chính WKT. Correctơ nối như 
vậy được gọi là correctơ thuận. Trong 
một số trường hợp người ta nối đầu ra 
của correctơ thế nào để dòng IC đi qua 
cuộn WKTf ngược hướng với dòng IKT 
trong cuộn kích từ chính WKT. 
Correctơ nối như vậy được gọi là 
correctơ nghịch. 
Hình 11.12 : Đặc tính của correctơ 
Ở những máy phát thủy điện công suất lớn, người ta dùng correctơ 2 hệ thống (hình 
11.13a) bao gồm 2 correctơ một hệ thống. Một hệ thống là correctơ thuận đưa dòng vào 
cuộn WKTf1 thuận chiều với dòng trong cuộn WKT . Hệ thống thứ 2 là correctơ nghịch đưa 
dòng vào cuộn WKTf2 theo hướng ngược lại. 
Đặc tính của correctơ 2 hệ thống (hình 11.13b) được lựa chọn thế nào để khi UF 
giảm thì correctơ thuận làm việc, còn khi UF tăng thì correctơ nghịch làm việc. 
Hình 11.13 : Sơ đồ nguyên lí của correctơ 2 hệ thống 
CP : thiết bị compun TNĐ : tự ngẫu đặt 
a) Sơ đồ nối b) Đặc tính của correctơ 
II.4. Compun pha: 
Phần tử chính của compun pha là một máy biến áp đặc biệt có từ hóa phụ BTP 
(hình 11.14). Trên lõi của BTP bố trí 2 cuộn sơ cấp (cuộn dòng WI và cuộn áp WU), một 
cuộn thứ cấp WT và một cuộn từ hóa phụ WP. 
 165
Từ thông của cuộn WI tỷ lệ IF, còn của cuộn WU tỷ lệ UF. Do đó, dòng trong cuộn 
WK tỷ lệ với tổng các thành phần này. Dòng này được chỉnh lưu và đưa vào cuộn kích từ 
của máy kích thích. 
Như vậy, compun pha thực hiện việc điều chỉnh kích từ máy phát không chỉ theo 
dòng điện, mà còn theo điện áp và góc lệch pha giữa chúng. Nhờ đó đảm bảo hiệu quả 
điều chỉnh cao. 
Tuy nhiên compun pha là một thiết bị tác động theo nhiễu nên không thể giữ không 
đổi điện áp của máy phát, do đó cần có hiệu chỉnh phụ. Việc hiệu chỉnh điện áp được 
thực hiện nhờ correctơ cung cấp dòng IC cho cuộn từ hóa phụ WP của BTP. 
Hình 11.14 : Sơ đồ cấu trúc của comun pha 
III. Điều chỉnh và phân phối công suất phản kháng giữa 
các máy phát điện làm việc song song: 
Khi thay đổi kích từ của máy phát 
điện làm việc song song với các máy phát 
khác, công suất phản kháng của nó cũng 
thay đổi theo. Vì vậy vấn đề điều chỉnh 
kích từ của máy phát có liên quan chặt 
chẽ với vấn đề điều chỉnh và phân phối 
công suất phản kháng trong hệ thống điện 
lực. Điều chỉnh điện áp có thể được thực 
hiện theo đặc tính độc lập hoặc đặc tính 
phụ thuộc (hình 11.15). Dưới đây ta sẽ 
xét đến một số trường hợp sử dụng TĐK 
để tự động hóa quá trình điều chỉnh điện 
Hình 11.15 : Đặc tính điều chỉnh điện áp 
1 - độc lập 2 - phụ thuộc 
 166
áp và công suất phản kháng. 
Hình 11.16 : Hai máy phát làm việc song song tại thanh góp điện áp máy phát 
a) Sơ đồ b) Đặc tính điều chỉnh 
III.1. Trường hợp 2 máy phát làm việc song song nối chung ở thanh 
góp điện áp máy phát: 
Giả thiết các máy phát có đặc tính điều chỉnh như hình 11.16, hai máy phát có 
chung U’F ứng với I’F1 và I’F2. Khi tải tăng thì UF giảm đến U”F ứng với I”F1 và I”F2 . Để 
đảm bảo giữ không đổi sự phân phối công suất phản kháng giữa các máy phát làm việc 
song song theo một tỷ lệ định trước thì điều kiện cần và đủ là ở điểm nối chung các máy 
phát phải có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc. 
∆
∆
I
I
tg
tg
K
K
F
F
PT
PT
1
2
1
2
1
2
= =αα 
KPT : Hệ số phụ thuộc, đặc trưng cho độ dốc của đặc tính. KPT nhỏ thì độ dốc đặc 
tính ít và ∆IF lớn, tức công suất phản kháng phân phối tỷ lệ nghịch với KPT
III.2. Trường hợp hai máy phát làm việc song song nối chung qua máy 
biến áp: 
Nếu các máy phát làm việc song song nối chung qua máy biến áp (hình 11.17) thì mặc dù 
đặc tính điều chỉnh của chúng là độc lập, tỷ lệ phân phối công suất phản kháng giữa 
chúng vẫn ổn định vì ở điểm nối chung đặc tính điều chỉnh của chúng là phụ thuộc. 
 UF1 = UF2 = hằng số 
UTG = UF1 - IF1.XB1 = UF2 - IF2.XB2 ≠ hằng số 
 167
Khi công suất phản kháng thay đổi, tức khi IF∑ và tương ứng IF1 và IF2 thay đổi thì 
UTG thay đổi, do vậy chỉ cần tại điểm nối chung của các máy phát có đặc tính phụ thuộc 
thì sự phân bố công suất phản kháng giữa chúng là ổn định. 
Hình 11.17 : Hai máy phát làm việc song song nối chung qua máy biến áp 
IV. Điều chỉnh điện áp trong mạng phân phối: 
Điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm (hình 11.18) là: 
U U Qx
U kB F B
= − +⎛⎝⎜
⎞
⎠⎟
Pr
'
1 
trong đó: UF : điện áp trên thanh góp đầu cực của máy phát. 
U’B : điện áp trên thanh góp cao áp của trạm. 
r , x : tổng điện trở tác dụng, phản kháng của đường dây và máy biến áp. 
k : tỷ số biến đổi của máy biến áp. 
Từ biểu thức trên có thể kết luận rằng, việc điều chỉnh điện áp UB cung cấp cho các 
hộ tiêu thụ có thể thực hiện được bằng cách: 
- thay đổi UF (nhờ sử dụng TĐK). 
- thay đổi tỷ số biến đổi k của máy biến áp 
- thay đổi công suất phản kháng Q truyền trên đường dây bằng cách điều chỉnh 
kích từ của máy bù hay động cơ đồng bộ, hoặc đóng cắt bộ tụ bù ở trạm. 
 168
Hình 11.18 : Sơ đồ mạng để giải thích nguyên tắc điều chỉnh điện áp 
* Tự động điều khiển bộ tụ bù ở trạm: 
Xét một sơ đồ điều chỉnh điện áp bằng bộ tụ bù đặt ở trạm giảm áp. Việc điều khiển 
các bộ tụ được thực hiện theo một chương trình định trước, ví dụ nhờ đồng hồ điện. Trên 
hình 11.20, khi tiếp điểm của đồng hồ điện ĐH đóng vào một thời điểm đặt trước thì rơle 
thời gian 1RT tác động đóng tiếp điểm 1RT1, cuộn đóng CĐ có điện, máy cắt đóng lại 
đưa bộ tụ bù vào làm việc. 
Khi đóng máy cắt thì các tiếp điểm phụ liên động của nó cũng chuyển mạch để mở 
mạch cuộn dây rơle 1RT và đóng mạch cuộn dây rơle 2RT sẵn sàng cho thao tác cắt bộ tụ 
ra sau đó. 
Hình 11.20 : Sơ đồ tự động đóng cắt bộ tụ bù 
 
Đến thời điểm công suất phản kháng tiêu thụ giảm xuống thì tiếp điểm ĐH lại khép, 
rơle thời gian 2RT làm việc và máy cắt sẽ cắt ra. 
Hai rơle thời gian 1RT và 2RT cần có thời gian đóng trễ nhằm mục đích mỗi lần 
đóng tiếp điểm ĐH chỉ kèm theo một thao tác đóng hoặc cắt bộ tụ. 
Khi bảo vệ BV của bộ tụ tác động thì rơle RG có điện, tiếp điểm RG2 đóng lại để tự 
giữ, tiếp điểm RG3 mở mạch cuộn đóng CĐ của máy cắt, tiếp điểm RG1 đóng đưa điện 
vào cuộn cắt CC và máy cắt sẽ cắt bộ tụ ra. Nút ấn N để giải trừ tự giữ của rơle RG. 
 169