Giáo trình Máy phát điện (Mới)

 mất kích từ, điện kháng của máy phát sẽ thay đổi từ trị số Xd (điện kháng 
đồng bộ) đến trị số X’d (điện kháng quá độ) và có tính chất dung kháng. Vì vậy để phát hiện 
mất kích từ ở máy phát điện, chúng ta có thể sử dụng một rơle điện kháng cực tiểu có X’d < 
Xkđ < Xd với đặc tính vòng tròn có tâm nằm trên trục -jX của mặt phẳng tổng trở phưc. Đặc 
tính khởi động của rơle điện kháng cực tiểu hình 1.33b có thể nhận được từ sơ đồ nguyên lý 
hình 1.34a. Tín hiệu đầu vào của rơle là điện áp dây Ubc lấy ở đầu cực máy phát và dòng 
điện pha Ib, Ic lấy ở các pha tương ứng. Điện áp sơ cấp UBC được đưa qua biến áp trung gian 
BUG sao cho điện thứ cấp có thể lấy ra các đại lượng a.UBC và b.UBC (với b > a) tương ứng 
với các điểm A và B trên đặc tính điện kháng khởi động ở hình 1.33b. 
Khi mất kích từ, dòng điện chạy vào máy phát mang tính chất dung và vượt trước 
điện áp pha tương ứng một góc 900. Hiệu dòng điện các pha B và C thông qua biến dòng 
cảm kháng BIG tạo nên điện áp phía thứ cấp UD vượt trước dòng điện IBC một góc 900. Như 
vậy góc lệch pha giữa hai véctơ điện áp U và U là 180D BC
Điện áp đưa vào các bộ biến đổi dạng sóng (hình sin sang hình chữ nhật) S
0 (hình 1.34). 
1 và S2 
tương ứng bằng: 
D
.
BC
.
1
.
UU.aU −= (1-65) 
D
.
BC
.
2
.
UU.bU −= (1-66) 
Xd 
 0,5X’d 
0 
Miền quá kích thích 
(E > 0, Q > 0) 
Miền thiếu kích thích 
(E < 0, Q < 0) 
E 
I, Q Hệ thống 
U 
Hình 1.33: Mất kích từ MFĐ 
a) thay đổi hướng công suất Q. 
b) thay đổi tổng trở đo được ở cực máy phát. 
c) giới hạn thay đổi của công suất máy phát. 
0 
a) 
b) c) 
B 
41 
Góc lệch pha α giữa 1 và 2 sẽ được kiểm tra. Ở chế độ bình thường α = 0
.
U
.
U 0, rơle 
không làm việc. Khi bị mất kích từ α = 1800, rơle sẽ tác động. Góc khởi động được chọn 
khoảng 900. Các hệ số a, b được chọn (bằng cách thay đổi đầu phân áp của BUG) sao cho 
các điểm A và B trên hình 1.34b thoả mãn điều kiện: 
BC
.
D
.
BC
.
U.aUU.b >> (1-67) 
A
.
U 
B
.
U C
.
U 
B
.
I 
BC
.
U 
BC
.
U BC
.
Ub D
.
U 
BC
.
Ua 
C
.
I 
A
.
I BC
.
I 
BC
.
I 
A B C BUG 
BIG 
U2 
U1 
aUBC 
Khi mất kích thích, góc pha dòng điện thay đổi, góc lệch pha α được kiểm tra thông 
qua độ dài của tín hiệu S3 = - S1.S2. Nếu α > αkđ (hình 1.34c) bảo vệ sẽ tác động đi cắt máy 
phát trong khoảng thời gian từ (1 ÷ 2) sec. 
VIII. BẢO VỆ CHỐNG MẤT ĐỒNG BỘ 
Bảo vệ chống mất đồng bộ đôi khi còn có tên gọi là bảo vệ chống trượt cực từ. Khi 
máy phát điện đồng bộ bị mất kích từ, rotor máy phát có thể bị mất đồng bộ với từ trường 
quay. Việc mát đồng bộ cũng có thể xảy ra khi có dao động công suất trông hệ thống điện do 
sự cố kéo dài hoặc do cắt một số đường dây trong hệ thống. Hậu quả của việc mất đồng bộ 
gây nên sự dao động công suất trong hệ thống có thể làm mất ổn định kéo theo sự tan rã hệ 
BU 
∫
~ 
~ S1 
S1 
& RL 
S3 S4 
-1 
UD 
IB 
IC 
bUBC 
Cắt 
MFĐ 
a) 
U1 
U2 
-U1 
t 
S1 
S2 
S3 = - S1.S2 
α 
S4 = ∫S3 
αkđ Tín hiệu cắt 
t 
t 
t 
t 
t 
HÌNH 1.34: Sơ đồ bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện dùng rơle điện kháng 
cực tiểu a) sơ đồ nguyên lý; b) đồ thị véctơ; c) dạng sóng của các đại lượng 
b) c)
42 
thống điện, ngoài ra nó còn tạo ra các ứng suất cơ nguy hiểm trên một số phần tử của máy 
phát. Để phát hiện sự cố này có thể sử dụng nguyên lý đo tổng trở đầu cực máy phát. 
Trên hình 1.35 trình bày đặc tính biến thiên của mút véctơ tổng trở đo được trên đầu 
cực máy phát trong quá trình sự cố và xảy ra dao động điện trong hệ thống. Ơ chế độ vận 
hành bình thường, mút véctơ tổng trở nằm ở vị trí điểm A. khi xảy ra ngắn mạch mút véctơ 
dịch chuyển từ A đến B, sau khi bảo vệ cắt ngắn mạch véctơ tổng trở nhảy từ B sang C và 
nếu xảy ra dao động, mút véctơ ở chu kì đầu tiên sẽ dịch chuyển theo quĩ đạo 2... Hành vi 
này của véctơ tổng trở khi có dao động điện có thể được phát hiện bằng một rơle với đặc 
tính khởi động như trên hình 1.36. Đặc tính khởi động có dạng hình elíp hoặc thấu kính 1 và 
dạng điện kháng 2 kết hợp với nhau theo nguyên lý “và”. Khi có dao động nếu quỹ đạo của 
mút véctơ Z đi vào miền khởi đoọng ở điểm M và ra khỏi miền khởi động ở điểm N dưới 
đặc tuyến 2 (hình 1.37) có nghĩa là tâm dao động (tâm điện) nằm trong miền tổng trở của bộ 
MF-MBA, bảo vệ sẽ tác động cắt máy phát ngay trong chu kì dao động đầu tiên. 
Dao động điện +jX 
B (ngắn mạch) C (cắt ngắn mạch) 
A (bình thường) 
Z 
0 
R 
1 
2 
HÌNH 1.35: Hành trình của véctơ tổng trở Z khi xảy ra sự cố và dao 
động 
Nếu tâm dao động nằm ở phía hệ thống quỹ đạo của mút véctơ Z sẽ nằm cao hơn đặc 
tuyến 2, khi ấy bảo vệ sẽ tác động cắt sau một số chu kì định trước. Trên hình 1.37 trình bày 
sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống trượt cực từ, bảo vệ gồm bộ phận đo khoảng cách với đặc 
tuyến thấu kính1 kết hợp với bộ phậnhạn chế theo điện kháng 2 để giới hạn miền tác động từ 
phía hệ thống, bộ phận đếm chu kì dao động 3 để cắt máy phát khi sô chu kì đạt trị số đặt 
trước. Ở phía cao áp của MBA tăng có đặt thêm bộ phận định hướng công suất 4 thực hiện 
chức năng giống như bộ phận 2 và làm nhiệm vụ dự phòng cho bộ phận này. Thay vì đặc 
tuyến tổng trở kết hợp 1 và2 trên hình 1.36 người ta có thể sử dụng đặc tuyến hình chữ nhật 
như trên hình 1.38 để phát hiện dao động điện. 
F
1BI
BA
1BU
P 
& Cắt 
MC 
IC
2BI
I
U U 1 2 3 
Z< X< 
4
2BU
HÌNH 1.37: Sơ đồ nguyên lý của 
bảo vệ chống trượt cực từ (dao 
động điện) 
+jX 
R 
-ZF 
N ϕ 
X’ 
M 
XH 
2 
1 
HÌNH 1.36: Đặc tính khởi động 
hình thấu kính để phát hiện dao 
động điện 
43 
0 10 300 t (sec) 
I*
2,5
2
1,5
1
2 (cuộn dây stator)
1 (cuộn dây rotor) 
HÌNH 1.39: Quan hệ giữa mức quá 
tải và thời gian quá tải cho phép 
của các cuộn dây máy phát 
 +jX 
R 
0 
X’dF 
0,9XB 
HÌNH 1.38: Đặc tính khởi động 
hình chữ nhật để phát hiện dao 
động điện 
IX. bảo vệ chống luồng công suất ngược 
Công suất sẽ đổi chiều từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng lượng cho 
Turbine (dầu, khí, hơi nước hoặc dòng nước...) bị gián đoạn. Khi đó máy phát điện sẽ làm 
việc như một động cơ tiêu thụ công suất từ hệ thống. Nguy hiểm của chế độ này đối với các 
máy phát nhiệt điện là Turbine sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng hơi thừa trong 
Turbine làm cho cánh Turbine có thể phát nóng quá mức cho phép. Đối với các máy phát 
diezen chế độ này có thể làm nổ máy. 
Để bảo vệ chống chế độ công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất tác 
dụng của máy phát. Yêu cầu rơle hướng công suất phải có độ nhạy cao để phát hiện được 
luồng công suất ngược với trị số khá bé (thường chỉ bù đắp lại tổn thất cơ của máy phát 
trong chế độ này). Với các máy phát điện Turbine hơi, công suất khởi động ΔP bằng: kđ
ΔP = (0,01 ÷ 0,03)Pkđ đm (1-68) 
Với các máy phát thuỷ điện và Turbine khí: 
ΔP = (0,03 ÷ 0,05)Pkđ
 Để đảm bảo độ 
nhạy của bảo vệ cho các 
máy phát công suất lớn, 
mạch dòng điện của bảo vệ 
thường được đấu vào lõi đo 
lường của máy biến dòng 
(thay cho lõi bảo vệ thường 
dùng cho các thiết bị khác). 
Bảo vệ chống công suất 
ngược thường có hai cấp 
tác động: cấp 1 với thời 
gian khoảng (2 ÷ 5) sec sau 
khi van STOP khẩn cấp làm 
việc và cấp thứ 2 với thời gian 
cắt máy khoảng vài chục giây 
không qua tiếp điểm của van 
STOP (hình 1.40). 
đm (1-69) 
F 
BI 
BU
92 2II 
& 2I 
Cấp 2 
Cấp 1 
Cắt 
Van STOP 
HÌNH 1.40: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống công suất 
ngược 
44 
X. Một số sơ đồ bảo vệ máy phát điện dùng rơle số 
X.1.Sơ đồ bảo vệ máy phát điện công suất trung bình (≤ 1MW): 
Phương án 1: 
Sơ đồ sử dụng các bảo vệ sau: 
- 51: bảo vệ quá dòng có thời gian. 
- 51N: bảo vệ quá dòng chống chạm đất có thời 
gian. 
- 46: bảo vệ dòng thứ tự nghịch. 
- 49: rơle nhiệt độ. 
Phương án 2: hình 1.42 
- 51: bảo vệ quá dòng có thời gian. 
- 51N: bảo vệ quá dòng chống chạm đất có thời 
gian. 
- 46: bảo vệ dòng thứ tự nghịch. 
- 64: bảo vệ chống chạm đất cuộn dây 
rotor. 
- 32: rơle định hướng công suất. 
- 40: rơle phát hiện mất kích từ máy 
phát điện. 
X..2.Sơ đồ bảo vệ máy phát điện 
công suất lớn (> 1MW): (hình 1.43) 
Sơ đồ sử dụng các bảo vệ sau: 
- 51: bảo vệ quá dòng có thời gian. 
- 51N: bảo vệ quá dòng chống chạm đất 
có thời gian. 
- 46: bảo vệ dòng thứ tự nghịch. 
- 32: rơle định hướng công suất. 
- 40: rơle phát hiện mất kích từ máy 
phát điện. 
- 49: rơle nhiệt độ. 
- 87,87N: rơle so lệch chống chạm pha 
và chạm đất. 
Hình 1.41 
52 
64 
51 32 46 40 
51N 
Hình 1.42 
- 27: rơle điện áp thấp. 
- 59: rơle quá điện áp. 
- 81: rơle tần số. 
- 64F: chống chạm đất cuộn dây rotor. 
X.3. Sơ đồ bảo vệ bộ MFĐ-MBA: 
Phương án 1: hình 1.44 
- 87U: bảo vệ so lệch dọc chung cho máy phát và MBA tăng áp và MBA tự dùng. 
- 87T: bảo vệ so lệch dọc MBA tăng áp và MBA tự dùng. 
- 51: bảo vệ quá dòng có chỉnh định thời gian. 
- 51N: bảo vệ quá dòng chống chạm đất có thời gian. 
- 63: rơle áp suất dùng cho MBA. 
- 71: rơle hơi dùng cho MBA. 
- 64R, 64R2: bảo vệ chống chạm đất 1 điểm và 2 điểm mạch kích từ. 
- 51N, 59N: bảo vệ chống chạm đất cuộn dây rotor. 
- 87G: bảo vệ so lệch chống chạm pha trong máy phát. 
- 49S: bảo vệ quá nhiệt cuộn dây stator. 
- 59: rơle quá điện áp. 
- 81N: rơle tần số. 
- 24: rơle quá từ. 78: rơle kiểm tra đồng bộ. 
- 40: rơle phát hiện mất kích từ máy phát điện. 
- 21: rơle khoảng cách 
- 32: rơle định hướng công suất.. 
45 
Phương án 2: hình 1.45 
87 
27 
81 
64F 
27
59 
 51N
51
87N 
32 46 40 49 
52 
Hình 1.43 
51N 
59N 
64R2 64R 
E 
46 21 
71 
63 51N 
87T 
87G 
32 
40 
78 49S 81N 
59 24 51 
87U 
51N 
71 63 
87T 
HÌNH 1.44: Sơ đồ bảo vệ bộ máy phát và máy biến 
áp . 
46 
51N 
63 87T 
Kiểm tra cách điện 
lưới 
50 51 
T1 
87T 
63 
6,3kV 
50 51 
64 
40 
21 59 
46 50 51 81 
G 
TE1 
TU 
220kV 
CSV 
MC 
MC 
MC 
Mạch tự động kích thích 
Đồng hồ đo lường 
HÌNH 1.45: SƠ Đồ BảO Vệ Bộ MÁY PHÁT VÀ MÁY 
ế Á
87G 
47 
 48