Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện - Chương 5: Tự động hoá trong hệ thống điện
5.1.1 Tổng quát.
Các thống kê về các sự cố trên hệ thống điện cho thấy rằng bất kỳ đường dây
trên không vận hành với điện áp cao (từ 6KV trở lên) đều có sự cố thoáng qua
(chiếm tới 80- 90%), trong đó đường dây có điện áp càng cao thì phần trăm
xảy ra sự cố thoáng qua càng lớn. Một sự cố thoáng qua, chẳng hạn như một
phóng điện xuyên thủng là loại sự cố mà có thể được loại trừ bằng tác động
cắt tức thời MC để cô lập sự cố và sự cố sẽ không xuất hiện trở lại khi đường
dây được đóng trở lại sau đó. Sét là nguyên nhân thường gây ra sự cố thoáng
qua nhất, còn những nguyên nhân khác thường là do sự lắc lư của đường dây
dẫn gây ra sự phóng điện và do sự va chạm của các vật bên ngoài đường dây.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới; các điều kiện khí hậu như bão, độ ẩm
sấm sét, cây cối, đều tạo điều kiện tốt cho sự cố thoáng qua xảy ra. Do vậy
việc áp dụng thiết bị tự động đóng lại MC (TĐL) trên hệ thống điện Việt
Nam càng nên được xem xét cẩn thận nhằm áp dụng một cách thích hợp và
hiệu quả những lợi điểm của thiết bị này, góp phần cải thiện độ tin cậy cho hệ
thống. Như trên đã đề cập, 10- 20% sự cố còn lại là sự cố kéo dài hay “bán
kéo dài”. Một sự cố bán kéo dài có thể xảy ra ví dụ như do một nhánh cây rơi
xuống đường dây. Ở đây sự cố không loại trừ bằng cách cắt điện tức thời mà
nhánh cây chỉ có thể bị cháy rụi trong một khoảng thời gian nào đó. Loại sự
cố này thường xảy ra trên đường dây trung thế (6-66KV) chạy qua vùng rừng
núi. Như vậy , trong phần lớn các sự cố, nếu đường dây sự cố được cắt ra tức
thời và thời gian mất điện đủ lớn để khử ion do hồ quang sinh ra thì việc đóng
lại sẽ cho phép phục hồi thành công việc cung cấp điện cho đường dây. Các
MC có trang bị hệ thống TĐL sẽ cho phép thực hiện nhiệm vụ này một cách
tự động, trong thực tế chúng đã góp phần thiết thực trong việc cải tạo tính liên
tục cung cấp điện cho hô tiêu thụ. Ngoài ra TĐL còn có một ưu điểm khá
quan trọng, đặc biệt cho đường dây truyền tải cao áp (trên 66KV), đó là khả
năng giữ ổn định và đồng bộ cho hệ thống. Trên đường dây truyền tải, đặc
biệt đường dây nối hai hệ thống lớn với nhau, việc tách rời hai hệ thống có
thể gây mất ổn định. Trong một số trường hợp, việc cắt rời hai hệ thống sẽ
gây ra trình trạng: một bên thì thiếu hụt công suất trầm trọng, một bên thì dư
thừa công suất, trường hợp này đóng lại kịp thời (trong khoảng thời gian giới
hạn nào đó) cho phép hệ thống điện tự cân bằng trở lại . Đây là một ưu điểm
quan trọng của việc đóng lại trên đường dây truyền tải.
û, hai máy phát điện làm việc riêng lẻ. Hoà điện một máy nào đó với các máy khác thường xuất hiện dòng điện và công suất cân bằng. Dòng cân bằng có thể làm sụt áp của lưới điện và đôi khi nguy hiểm đối với máy phát và turbine. Dòng cân bằng khi hoà điện có thể xác định bằng hình học từ hiệu số hai véc tơ sức điện động của máy một và của máy hai cùng với sơ đồ tổng trở tương đương (hình 5.3): δδ sincos 121 jEEEE +−=∆ & với : δ - là góc lệch giữa hai vecto suất điện động E1 và E2 tại thời điểm đóng vào. ∆E – được gọi là điện áp phách. X1 E1 ω1 F1 E2 ω1 F2 X12 X2 E1.ejw1t E1.ejw1t X12 X1 X2 Icb 1E& 2E& E&∆ 0 +j δ Hình 5.3 Sơ đồ nối điện, sơ đồ thay thế và sơ đồ vecto của E1 và E2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM TT CÔNG NGHỆ ĐIỆN GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 100 Từ đây tính dòng cân bằng: )cos(sin 121 δδ ΣΣΣΣ −+= ∆ = x E x E x E jx EIcb & & Trong đó: 2121 xxxx ++=Σ Khi muốn hoà điện phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Dòng điện cân bằng khi đóng máy cắt không vượt quá giá trị cho phép. - Rôto của máy phát hoà điện sau khi đóng máy cắt phải quay đồng bộ với rôto của máy đang làm việc. Ta xét các trường hợp có thể xảy ra trong lúc hoà điện trong bảng 5.2. Bảng 5.2: Dòng Icb với các giá trị khác nhau của E1 ,E2 và δ. Giản đồ vecto Dòng cân bằng E1 ≠ E2 δ ≠ 00 )cos)((sin 121 δδ ΣΣΣ −+= x E x Ej x EIcb E1 = E2 δ = 00 Icb = 0 E1 = E2 δ = 1800 Σ −= x EjIcb 2 E1 > E2 δ = 00 E1 < E2 δ = 00 Σ − −= x EEjIcb 21 Σ − = x EEjIcb 21 +j E1 ∆E δ +1 Icb E1 E1 +1 +j +1 +j Icb E2 E1 ∆E E1 E2 ∆E +1 +j Icb +1 +j Icb E2 E1 ∆E TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM TT CÔNG NGHỆ ĐIỆN GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 101 E1 = E2 δ ≠00 ))cos1((sin1 δδ −+= Σ j x EjIcb Từ bảng 5.2, ta có : 1- E1 ≠ E2 ,ω1 =ω2 , δ =00 Do sự khác nhau điện áp sẽ xuất hiện dòng cân bằng. Dòng này chỉ có thành phần phần kháng nên không có tác động cơ lên các thiết bị hệ thống điện nhưng làm giảm điện thế của các phần tử lân cận chỗ hoà. 2- E1 = E2 ,ω1 =ω2 , δ ≠00 Ngoại trừ trường hợp θ = 1800 , dòng cân bằng có chứa các thành phần thực. Nếu 21 EE && > sẽ có công suất thực chạy từ máy phát 1 sang máy phát 2. Kết quả là rôto của máy phát 1 bị hãm còn máy phát 2 tăng tốc và góc δ tiến tới trị số xác định lượng công suất truyền từ máy 1 sang máy 2. Thành phần dòng thực cực đại khi δ = 900 và δ = 2700. Khi δ = 1800 , thành phần thực triệt tiêu, dòng cân bằng chỉ còn có thành phần kháng có giá trị rất lớn . 3 - E1 = E2 ,ω1 ≠ω2 , δ =00 vào thời điểm đóng máy cắt khi δ = 00 dòng cân bằng bằng không . Nếuω1 >ω2;do dưới tác dụng động năng thừa rôto máy 1 vượt trước rôto máy 2. Máy 1 sẽ nhận thêm tải thực và sau đó rôto bị hãm bớt. Nếu tốc độ giữa máy 1 và máy 2 quá lớn thì sẽ không hoà đồng bộ được và sẽ xuất hiện chế độ không đồng bộ. Từ các trường hợp khảo sát trên ta có thể có những kết luận sau: -Hoà khi có lệch δ của các vecto điện áp thì dòng cân bằng có thành phần thực làm ảnh hưởng đến tác dụng của các phần tử trong hệ thống điện và có thể dẫn tới hư hỏng. -Hoà khi tần số các máy khác nhau nhiều và có độ lệch điện áp sẽ xuất hiện dòng cân bằng có thành phần thực có thể dẫn đến chế độ mất đồng bộ lâu dài. Trường hợp ít nguy hiểm nhất là khi điện áp khác nhau nhưng ω1 =ω2 và δ =00. Những giá trị cho phép khi hoà của góc δ và độ lệch tần số ∆ω giữa hai phần muốn hoà thay đổi tuỳ theo khoảng cách của đường dây nối với hệ thống , điện áp định mức của chúng , công suất hệ thống điện và loại máy điều chỉnh kích từ(loại tỷ lệ hay tác động nhanh). 5.3.2 Hoà Điện Chính Xác. Việc hoà diện chính xác được tiến hành theo trình tự sau: δ +j E1 ∆E +1 Icb E2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM TT CÔNG NGHỆ ĐIỆN GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 102 Trước khi cho một máy phát vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy đó được kích từ trước. Lúc thấy số vòng quay và điện áp của máy sắp hoà xấp xỉ với số vòng quay và điện áp của máy đang làm việc thì chuẩn bị đóng máy cắt điện. Muốn cho dòng điện cân bằng lúc đóng máy cắt bằng không hay nhỏ nhất, phải chọn thời điểm đóng máy sao cho khi điện áp giữa hai máy không sai lệch nhau. Như vậy, khi đóng máy cắt xong hai máy đó sẽ làm việc đồng bộ với nhau. Hai điều kiện U và ω có thể thoả mãn, nhưng nếu chọn thời điểm đóng máy cắt không thật đúng lúc hoà điện sẽ xuất hiện điện áp trượt Uf (∆E) và dòng điện cân bằng Icb . Những yêu cầu chính đối với máy hoà điện tự động: Hoà đồng bộ chính xác các máy phát có thể thực hiện bằng tay hay tự động . Khi hoà bằng tay, người vận hành phải điều chỉnh các thông số máy phát phù hợp với điều kiện hoà. Để chọn thời điểm đóng máy cắt cần phải theo dõi volt kế của máy phát và hệ thống ; tần số kế của máy phát và hệ thống ; đồng bô kế chỉ góc lệch pha giữa suất điện động của máy phát và điện áp thanh góp (thanh cái) hệ thống (đo góc δ). Để loại trừ trường hợp đóng nhằm khi góc δ còn lớn, thường trong mạch đóng cắt người ta chêm vào tiếp điểm rơle kiểm tra đồng bộ để chỉ cho phép máy cắt đóng trong giới hạn góc δ cho phép định trước. Trong trường hợp hoà điện tự động máy phát với hệ thống điện, máy hoà điện phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: - UF = UHT nghĩa là Uf =0. - ωF = ωHT nghĩa làωf =0. - Góc lệch pha giữa các vecto điện áp khi đóng máy cắt bằng không (δ=0), tức là phải chọn đúng thời điểm đóng máy phát điện vào làm việc song song với hệ thống. Muốn thực hiện được các yêu cầu trên, các máy hoà điện tự động cần phải có các bộ phận làm nhiệm vụ : + Sang bằng điện áp ở đầu cực máy phát điện. + Sang bằng tốc độ góc quay của các máy phát điện sẽ hoà với nhau. + Chọn thời điểm đóng máy cắt để dòng cân bằng khi đóng máy cắt bé nhất. Bộ phận thứ nhất tác động lên bộ điều chỉnh điện áp (AVR) của máy phát . Bộ phận thứ hai tác động thay đổi tốc độ quay turbine của máy phát cần hoà. Bộ phận thứ ba chọn thời điểm đóng và phát tín hiệu đi đóng máy cắt cần hoà. Máy hoà điện tự động(theo phương pháp hoà điện chính xác) Hình 5.4 giới thiệu sơ đồ khối máy hoà đồng bộ tự động. Máy hoà đồng bộ gồm các bộ phận sau: Khối 1: bộ phận chọn thời điểm để đi đóng MC. Khối 2: bộ phận kiểm tra tốc độ trượt, không cho MC đóng khi ωf >ωf cho phép max . TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM TT CÔNG NGHỆ ĐIỆN GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 103 Khối 3: bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp giữa máy phát và hệ thống , không cho máy cắt đóng khi độ lệch điện áp lớn hơn giá trị cho phép cực đại. Khối 4: bộ phận sang bằng tần số để làm giảm ωf bằng cách tác động lên bộ phận thay đổi trị số đặt của máy điều chỉnh tốc độ quay turbine. Khối 5: bộ phận sang bằng điện áp (đối với TĐA tác động tỉ lệ) hay bộ điều chỉnh trị số đặt của máy điều chỉnh điện áp (đối với TĐA tác động nhanh)để thay đổi trị số đặt của TĐA cho điện áp thanh góp. Khối 6: sơ đồ logic đi đóng máy cắt khi các điều kiện hoà đồng bộ thoả mãn. 5.3.3 Tự Hoà Điện Hoà điện bằng phương pháp chính xác cần có thời gian để sang bằng tần số, điện áp và chọn thời điểm đóng MC. Trong trường hợp sự cố cần huy động nhanh nguồn công suất dự trữ. Để rút ngắn thời gian hoà, cần giảm số lượng thông số kiểm soát. Không thể bỏ thông số tốc độ trượt vì độ trượt nhỏ cần thiết để kịp thời làm việc đồng bộ. Kiểm soát điện áp và góc lệch pha không nhất thiết nếu nối máy phát chưa kích từ vào hệ thống , sau đó đưa kích từ vào máy phát điện, nhờ những mômen xuất hiện trong quá trình máy phát khi hoà điện mà máy phát điện sẽ được kéo vào đồng bộ. Hiện nay phương pháp tự hoà điện chủ yếu dùng cho nhà máy thuỷ điện để hoà điện các máy phát kể cả các loại lớn. Các máy phát điện turbine hơi nối Hình 5.4 Sơ đồ khối của máy hoà đồng bộ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM TT CÔNG NGHỆ ĐIỆN GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 104 thành bộ với máy biến áp tăng áp có thể dùng phương pháp này với công suất lớn hơn3MW. Chú ý : Điểm đặc biệt của phương pháp tự hoà điện là : độ đột biến của dòng điện và công suất phản kháng khi đóng MC khá lớn, nhưng vì khi đóng máy vào lưới chưa có kích từ nên không xuất hiện độ đột biến lớn về công suất tác dụng và những lực tác dụng nguy hiểm. Nguyên nhân của độ đột biến này là : khi đóng máy phát chưa kích từ vào lưới điện thì sẽ có một dòng điện “ngắn mạch ”chạy qua các cuộn dây Stato( do bản thân cuộn dây stato của máy phát là một điện kháng).
File đính kèm:
giao_trinh_bao_ve_role_va_tu_dong_hoa_trong_he_thong_dien_ch.pdf
