Upload
hiep-hoang
View
87
Download
16
Embed Size (px)
Citation preview
TỰ ĐỘNG HÓATRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Bộ môn Hệ thống điện
Đại học Bách Khoa Hà Nội
11/21/2011 Giảng viên: Nguyễn Xuân Tùng & Nguyễn Thị Anh
Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự động hóa hệ thống điện -GS. Trần Đình Long
2
Giáo trình
� Automation in ElectricalPower Systems – A. Barzam
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Automatic Power SystemControl - V.A. Venikov
3
Giáo trình
� Power System Stability andControl – P. Kundur
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Operation and Control inPower Systems- P. S. R Murty
4
Giáo trình
� Control and automation ofelectric power distributionsystems – J. Northcote
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khóa học online tại trang web của NPTEL
�Trang chủ: http://nptel.iitm.ac.in/
�Trang về “Power Systems Operation and Control”:
http://14.139.160.11/video.php?courseId=1023
hoặc trên Youtube:
http://www.youtube.com/user/nptelhrd
5
Giáo trình
http://www.youtube.com/user/nptelhrd
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chương mở đầu: Giới thiệu chung về tự động hóa trong HTĐ vàcác vấn đề liên quan
� Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
� Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
� Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
6
Đề cương môn học
� Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
� Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
� Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản khángtrong HTĐ
� Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trongHTĐ
� Chương 7: Tự động hóa lưới điện phân phối và tự động hóa trạmbiến áp
Giới thiệu chung
Chương mở đầu
7
� Sự cần thiết của việc tự động hóa trongHTĐ
� Các qui tắc về bản vẽ dùng trong tự độnghóa
� Các ký hiệu thường dùng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các loại sự cố trong HTĐ:�Diễn biến nhanh, dễ lan rộng
�Không loại trừ nhanh: gây tác hại nghiêm trọng
�Do thời gian rất ngắn nên bắt buộc phải có các thiết bị tự động phát hiện và xử lý các trường hợp này
� Nhiều thao tác tự động dễ gây nhầm lẫn: máy tự động sẽ làm
8
Sự cần thiết của việc tự động hóa
Nhiều thao tác tự động dễ gây nhầm lẫn: máy tự động sẽ làm tốt hơn con người, loại trừ được các sai sót, tăng độ chính xác.
� Máy tự động cho phép theo dõi liên tục và kịp thời điều chỉnh
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các loại sơ đồ:�Sơ đồ khối:
� Thể hiện chức năng của các phần tử
� Mối liên hệ giữa các phần tử này
� Trình tự hoạt động của cơ cấu được thiết kế
� Không thể hiện chi tiết của từng khâu
9
Các qui tắc dùng trong bản vẽ
� Không thể hiện chi tiết của từng khâu
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các loại sơ đồ:�Sơ đồ khai triển
� Không vẽ đầy đủ các phần tử mà thể hiện chi tiết mối liên hệ, trình tự vận hành giữa chúng
� Sơ đồ khai triển một chiều (dc); Sơ đồ khai triển xoay chiều (ac); Sơ đồ mạch tín hiệu, chiếu sáng...
10
Các qui tắc dùng trong bản vẽ
� Thích hợp cho mục đích sửa chữa, đấu nối dây giữa các phần tử
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
�Sơ đồ tổng hợp: thể hiện đầy đủ các phần tử của sơ đồ� Thể hiện được trình tự làm việc của các phần tử
� Sơ đồ phức tạp, khó theo dõi
� Với các cơ cấu đơn giản có thể dùng loại sơ đồ này
� Với các cơ cấu phức tạp: dùng thêm các sơ đồ khai triển
11
Các qui tắc dùng trong bản vẽ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ biểu diễn được vẽ ở trạng thái không điện:�Máy cắt ở trạng thái mở
�Cuộn dây rơle không mang điện
�Có ghi chú với các trường hợp đặc biệt
12
Các qui tắc dùng trong bản vẽ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Một số ký hiệu thường gặp�Tiếp điểm máy cắt
� Tiếp điểm ở trạng thái mở:
Tiếp điểm ở trạng thái đóng
13
Ký hiệu dùng trong bản vẽ
� Tiếp điểm ở trạng thái đóng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Một số ký hiệu thường gặp�Tiếp điểm rơle:
� Tiếp điểm ở trạng thái thường mở
Tiếp điểm ở trạng thái mở, mở chậm
14
Ký hiệu dùng trong bản vẽ
� Tiếp điểm ở trạng thái mở, mở chậm
� Tiếp điểm ở trạng thái mở, đóng chậm
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Một số ký hiệu thường gặp�Tiếp điểm rơle:
� Tiếp điểm ở trạng thái thường đóng
Tiếp điểm ở trạng thái đóng, mở chậm
15
Ký hiệu dùng trong bản vẽ
� Tiếp điểm ở trạng thái đóng, mở chậm
� Tiếp điểm ở trạng thái đóng, đóng chậm
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Một số ký hiệu thường gặp
�Cuộn dây:
�Rơle được ký hiệu theo tên gọi:
16
Ký hiệu dùng trong bản vẽ
Cñ Cc U I
Cuộn ñóng
máy cắt
Cuộn cắt
máy cắt
Cuộn
ñiện áp
Cuộn dòng
ñiện
�Rơle được ký hiệu theo tên gọi:� Rơle dòng điện: RI
� Rơle điện áp RU
� Rơle thời gian: RT
� Rơle trung gian: RG Rơle trung gian hoạt động có trễ: RGT...
�Các phần tử trên sơ đồ được đánh số thứ tự để dễ phân biệt:� 1BU; 2BU; 3RI; 4RI; 5RT; 6RG; 7RGT...
� Tiếp điểm của rơle được đánh chỉ số� 1RT1; 1RT2 hoặc 1RT1; 1RT2 hoặc 1RT-1; 1RT-2... 4RG
1
2
3
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN17
Ví dụ
Tín hiệu
Sơ đồ bảo vệ quá dòng với biến dòng điện đặt trên hai pha
(áp dụng cho lưới điện có trung tính cách điện)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN18
Ví dụ
Trình
tự
đọc
sơ
Mạch khai triển điện xoay chiều
Mạch tínhiệu
Mạch khai triển điện một chiều
sơ
đồ
Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 01
19
Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng trong HTĐ
Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trong HTĐ
� Auto Reclose (AR) hoặc 79
� Tự đóng lại (TĐL)
79
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Số liệu thống kê đối với đường dây trên không:�80-90% hư hỏng: sự cố thoáng qua
� Ngưỡng 80% Lưới 6-110kV
� Ngưỡng 90% Lưới từ 220kV trở lên
�10-20% còn lại: sự cố duy trì và bán duy trì
� Do vậy:
20
Lý do sử dụng thiết bị TĐL
�Trong đa số các trường hợp: có thể cho phép đóng lại đường dây sau sự cố và xác suất thành công sẽ lớn
�Sử dụng thiết bị TĐL: làm nhiệm vụ tự động đóng trở lại máy cắt đường dây sau một khoảng thời gian được cài đặt trước� Nhanh chóng khôi phục lại việc cung cấp điện
� Nâng cao được tính ổn định của hệ thống so với khi không có TĐL (đường dây bị cắt điện kéo dài, giảm khả năng liên kết truyền tải giữa các khu vực)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sự cố thoáng qua:�Nguyên nhân gây nên sự cố có thể tự loại trừ
� Phóng điện tạm thời bề mặt sứ do sét đánh
� Cây cối chạm vào đường dây do gió to...
� Sự cố bán duy trì:
21
Lý do sử dụng thiết bị TĐL
�Nguyên nhân gây sự cố có thể bị loại trừ sau khi hồ quang đã cháy vài lần
� Vật lạ rơi vào đường dây có thể bị hồ quang đốt cháy sau khi đóng cắt lại đường dây vài lần
� Sự cố duy trì�Nguyên nhân gây ra sự cố không thể tự loại trừ
� Đứt dây, nứt vỡ sứ, quên tiếp địa đường dây...
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Theo số lần tự đóng lại:�TĐL một lần: thường áp dụng cho lưới điện từ 220kV trở lên
�TĐL hai lần: áp dụng cho cấp điện áp từ 110kV trở xuống
� Đóng lại nhiều lần ảnh hưởng xấu đến tính ổn định của hệ thống
� Xác suất thành công thấp (<10% với lần TĐL thứ hai)
� Tăng mức độ hao mòn máy cắt (MC chỉ cho phép đóng cắt một số lần giới hạn – sau đó phải bảo dưỡng)
22
Phân loại thiết bị TĐL
– sau đó phải bảo dưỡng)
� Mức độ phức tạp của sơ đồ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Theo số pha thực hiện TĐL�TĐL 3 pha: dùng cho cấp điện áp từ 220kV trở xuống
�TĐL 1 pha: dùng cho cấp điện áp 500kV
� Khi sự cố pha nào: cắt và TĐL riêng pha đó
� Hệ thống rơle phải có chức năng lựa chọn pha sự cố
� Máy cắt: có bộ truyền động riêng từng pha
23
Phân loại thiết bị TĐL
�TĐL 1 pha dùng cho lưới 500kV: chủ yếu là sự cố một pha
� Các thiết bị là loại một pha: biến áp một pha
� Khoảng cách pha-pha lớn
�Khi cắt pha sự cố thì hai pha còn lại vẫn hoạt động: giữ được liên kết giữa các phần của hệ thống – Đảm bảo tính ổn định (yếu tố quan trọng)
�TĐL một pha không thành công: cắt cả 3 pha
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Theo thời gian thực hiện tự đóng lại:�TĐL nhanh (Rapid AR): thời gian TĐL rất ngắn (0.35-1 giây) thường chỉ
đủ để đảm bảo thời gian khử i-on� Đảm bảo nhanh chóng cung cấp điện trở lại
� Giảm thiểu mức độ mất đồng bộ khi cần đóng lại giữa hai nguồn điện
� Giảm nhẹ sự mất ổn định.
�TĐL có thời gian (Delayed AR): thời gian TĐL được kéo dài để đảm bảo
24
Phân loại thiết bị TĐL
�TĐL có thời gian (Delayed AR): thời gian TĐL được kéo dài để đảm bảo nguyên nhân gây sự cố có thể được loại trừ hoàn toàn. Khi các phần của HT được liên kết bởi nhiều đường dây thì có thể áp dụng TĐL có trễ.
�Thực tế: để đảm bảo xác suất thành công:� Lần 1: tTĐL = 0.3-2 giây
� Lần 2: tTĐL = 10-15 giây
� Lần 3: tTĐL = 1-5 phút
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Theo cấp điện áp thực hiện tự đóng lại:�TĐL cấp trung áp: mục tiêu của TĐL là giảm thiểu thời gian mất điện
�TĐL cấp cao áp: mục tiêu chính là đảm bảo tính ổn định của hệ thống.
25
Phân loại thiết bị TĐL
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thiết bị TĐL phải đảm bảo đúng số lần tác động:�Tránh trường hợp đóng vào điểm sự cố nhiều lần có thể gây hư hỏng
máy cắt và ảnh hưởng xấu đến hệ thống
� TĐL phải đảm bảo luôn khởi động đúng với mọi trường hợp sự cố: đảm bảo độ tin cậy của thiết bị TĐL
� Thiết bị TĐL phải được khóa trong một số trường hợp:
26
Các yêu cầu đối với thiết bị TĐL
� Thiết bị TĐL phải được khóa trong một số trường hợp:
�Không tác động đóng lại đối với máy biến áp, máy phát, thanh góp để tránh việc sự cố lan rộng� Bảo vệ chính của máy biến áp (BV so lệch, rơle hơi..) hoạt động: chắc chắn sự
cố trong MBA – Không nên thực hiện TĐL. Trong trường hợp này thường có nhân viên vận hành ra khu vực MBA để kiểm tra bằng mắt và đợi lệnh của điều độ cấp trên
�Khi cắt máy cắt bằng tay: có chủ ý tách đường dây ra khỏi vận hành (bảo dưỡng, thay thế..) không được TĐL
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thiết bị TĐL phải được khóa trong một số trường hợp:�Khi đóng máy cắt bằng tay nếu MC lại cắt ra ngay: còn sự cố trên
đường dây chưa được phát hiện (vd: quên chưa tháo tiếp địa đường dây..) – Không nên tự đóng lại.
� Khi phụ tải bị cắt ra do việc sa thải phụ tải theo tần số
�Khi bảo vệ chống hiện tượng máy cắt từ chối tác động làm việc
27
Các yêu cầu đối với thiết bị TĐL
�Trong một số trường hợp thiết bị TĐL có thể bị khóa khi dòng sự cố quá cao (sự cố gần). Việc phát hiện sự cố gần có thể thực hiện bằng cách đặt thêm chức năng bảo vệ quá dòng mức cao.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thiết bị TĐL phải được khóa trong một số trường hợp:�Khi xảy ra dao động điện: nếu máy cắt bị cắt ra do hiện tượng dao
động điện thì nên khóa TĐL đến khi nào hệ thống trở về trạng thái ổn định.
�Với lưới phân phối: không nên TĐL nếu trên đường dây vẫn còn điện� Điện áp trên đường dây vẫn còn duy trì một khoảng thời gian ngắn do các
động cơ lớn vẫn tiếp tục quay theo quán tính
28
Các yêu cầu đối với thiết bị TĐL
động cơ lớn vẫn tiếp tục quay theo quán tính
� Nếu TĐL ngay khi điện áp này chưa giảm hẳn: có thể xảy ra việc đóng không đồng bộ gây nguy hiểm cho động cơ
�Với đường dây cao áp và siêu cao áp: khóa TĐL khi sự cố 3 pha� Hiếm khi khi xảy ra sự cố 3 pha
� Nếu xảy ra sự cố 3 pha: thường không phải sự cố thoáng qua (quên tiếp địa di động – ground straps)
� Nên khóa TĐl trong trường hợp này
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mục đích: chỉ cho phép TĐL khởi động khi được yêu cầu
� Sơ đồ khởi động thay đổi tùy theo hãng sản xuất, tuy nhiên phương pháp chung là dựa vào (theo khuyến cáo của tiêu chuẩn IEEE Std C37.104):
� Khởi động bằng thiết bị bảo vệ rơle
� Khởi động bằng tiếp điểm phụ của máy cắt
29
Các phương pháp khởi động thiết bị TĐL
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khởi động bằng thiết bị bảo vệ rơle - Khi có sự cố trên đường dây, thiết bị bảo vệ rơle hoạt động sẽ:
� Đưa tín hiệu đóng MC
� Khởi động thiết bị TĐL
� Đặc điểm:
30
Các phương pháp khởi động thiết bị TĐL
Nguồn
BV
CắtKhởi ñộng
TðL
� Đặc điểm:
� Sơ đồ đơn giản, đảm bảo TĐL khởi động với mọi trường hợp đường dây bị cắt ra do sự cố
� Khi cắt MC bằng tay: TĐL không khởi động (đúng)
� Khi đóng MC bằng tay, nếu có sự cố trên đường dây, MC cắt ngay ra: TĐL sẽ hoạt động� Với các thiết bị TĐL hiện đại - Cấm TĐL khi đóng máy cắt bằng tay:
Khi có tín hiệu đóng MC bằng tay (tiếp điểm phụ) >> đưa tín hiệu vào rơle khóa tạm thời chức
năng TĐL >> chức năng TĐL sẽ được giải trừ sau khi MC đã ở trạng thái đóng trong khoảng thời
gian đủ dài nào đó.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khởi động bằng tiếp điểm phụ {máy cắt & khóa điều khiển}� TĐL lại sẽ được khởi động bất cứ khi nào có sự khác nhau giữa trạng thái thực của MC
(thể hiện qua tiếp điểm phụ 52b) và trạng thái của khóa điều khiển máy cắt
� Tiếp điểm 52b: sẽ đóng khi MC ở trạng thái mở
� Tiếp điểm của khóa điều khiển (slip contact) sẽ mở ra khi MC được mở bằng tay và đóng lại khi MC được đóng bằng tay
31
Các phương pháp khởi động thiết bị TĐL
Khóa ñiều khiển (K)Máy cắt
-+
� Đặc điểm� Khi đường dây gặp sự cố- MC cắt ra: tiếp điểm phụ MC đóng + Tiếp điểm khóa K
đang đóng >> Khởi động TĐL
� Khi đóng/cắt MC bằng tay: tiếp điểm phụ MC và tiếp điểm phụ khóa K cùng vị trí >> không khởi động (đúng)
Khóa ñiều khiển (K)
ð52b
Rơle
TðL
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN32
Các phương pháp khởi động thiết bị TĐL
Khóa điều khiển
Tủ điều khiển ngăn lộ
Máy cắt ngoài trạm
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN33
Các đại lượng thời gian trong quá trình TĐL
Tiếp ñiểm chính rời nhau
Dòng ñiện chạy qua tiếp ñiểm
dập hồ quang
1
Tiếp ñiểm dập hồ quang tách rời
Hồ quang xuất hiện
2
Hồ quang bị dập tắt
3
Tiếp ñiểm ở vị trí mở hoàn toàn
4
Quá trình cắt máy cắt (máy cắt GL314 Areva)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN34
Các đại lượng thời gian trong quá trình TĐL
Bảo
vệ
Sự cố xuất
hiện
Thời gian làm
việc của bảo vệ
Bảo vệ tác
ñộngBảo vệ trở
về
Máy cắt
Cuộn cắt Tiếp ñiểm Hồ quang Tiếp ñiểm Cuộn Tiếp ñiểm
Hồ quang
tồn tại
Cuộn cắt
ñược cấp
ñiện
Tiếp ñiểm
tách rời
Hồ quang
xuất hiện
Hồ quang
bị dập tắt
Tiếp ñiểm
mở hoàn
toàn
Cuộn
ñóng
ñược cấp
ñiện
Tiếp ñiểm
chạm
nhau
Tiếp ñiểm
ñóng hoàn
toànThời gian chết (không ñiện)
Thiết bị TðLTðL ñược
khởi ñộngTðL gửi
xung ñóng
ðộ dài xung ñóngThời gian chết của TðL
Thời gian sẵn sàng (giải trừ)
Sẵn sàng cho lần
sự cố tiếp theo
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thời gian làm việc của bảo vệ: từ khi bảo vệ khởi động >> phát tín hiệu cắt MC.
� Thời gian cắt MC: cuộn cắt mang điện >> hồ quang dập tắt
� Thời gian tồn tại hồ quang trong MC: các đầu tiếp xúc chính của MC rời nhau (hồ quang phát sinh) >> hồ quang bị dập tắt.
35
Các đại lượng thời gian trong quá trình TĐL
(hồ quang phát sinh) >> hồ quang bị dập tắt.
� Độ dài xung đóng của TĐL: là khoảng thời gian tiếp điểm đầu ra của thiết bị TĐL còn giữ ở trạng thái đóng
� Thời gian đóng của MC: cuộn đóng MC mang điện >> tiếp điểm chính MC chạm nhau
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thời gian khử i-on: là thời gian cần thiết để không khí xung quanh điểm sự cố khôi phục lại mức độ cách điện cần thiết (các i-on tản mát) đảm bảo hồ quang không phát sinh trở lại khi cấp điện cho đường dây. Các yếu tố quyết định:
� Cấp điện áp << là yếu tố đóng vai trò quan trọng
� Khoảng cách giữa các phần mang điện
� Dòng điện sự cố ; thời gian tồn tại sự cố
36
Các đại lượng thời gian trong quá trình TĐL
� Điện dung của các phần tử lân cận, tốc độ gió, điều kiện môi trường
tkhử i-on= 0,07-0,5 (giây) (với cấp điện áp từ 35-500kV)
� Thời gian tự đóng trở lại tTĐL: TĐL được khởi động >> cuộn đóng mang điện
� Thời gian sẵn sàng: thiết bị TĐL gửi tín hiệu đóng >> sẵn sàng cho lần sự cố tiếp theo
� Thời gian chết (thời gian không điện): hồ quang bị dập tắt >> tiếp điểm chính MC tiếp xúc trở lại
� Thời gian nhiễu loạn: sự cố phát sinh >> MC đóng lại thành công
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN37
Tính toán cài đặt thông số
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Đường dây một nguồn cấp (TĐL 3 pha):
� TĐL lần thứ nhất: tTĐL chọn theo 2 điều kiện� Điều kiện khử i-on:
� Theo điều kiện sẵn sàng cho lần làm việc kế tiếp của bộ truyền động MC (căng lò xo, phục hồi áp suất khí...):
Chọn theo giá trị lớn nhất tính được từ hai điều kiện trên
38
Tính toán cài đặt thông số
(1)( ) (1)TDL at khu ion d MCt K t t= × −
(2)(2)TDL at sansangt K t= ×
1 (1) (2)ax{ ; }
lan
TDL TDL TDLt m t t=
� Để đảm bảo sự thành công của TĐL thì thời gian TĐL lần thứ nhất có thể được cố ý kéo dài 2-5 giây (35kV)
� TĐL lần thứ hai: chọn theo giá trị lớn nhất của� Tùy theo khả năng dập hồ quang của MC nếu gặp sự cố trong lần đóng này
� Theo điều kiện khử khử i-on
� tTĐL > tkhôi phục khả năng cắt
� tTĐL > tkhử i-on – tđóng MC
ax{ ; }TDL TDL TDL
t m t t=
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Đường dây hai nguồn cấp (TĐL 3 pha):
� Thời gian làm việc của các bảo vệ: tBV1 <tBV2 (phía 1 cắt ra trước khi có sự cố)
39
Tính toán cài đặt thông số
HT1 HT2
TðL2TðL1
BV1 BV2
U2<
MC1 MC2
U1<
Thời gian làm việc của các bảo vệ: tBV1 <tBV2 (phía 1 cắt ra trước khi có sự cố)
� Thời gian TĐL phía 1:
� Phải lớn hơn thời gian làm việc chênh nhau giữa BV1 & BV2 để tránh đóng vào sự cố
� Phải chờ thêm thời gian cắt MC phía 2 và thời giankhử i-on sau khi cắt phía 2
� Do vậy:
� Do đóng máy cắt 1 mất một khoảng thời gian trễ nên có thể gửi xung đóng sớm hơn:
� TĐL 2 chỉ thực hiện khi đã đóng thành công phía đối diện (có thể kiểm tra đồng bộ hoặc không)
1 2 1 2( )TDL BV BV cat MC khui ont t t t t
−≥ − + +
1 2 1 2 1{( ) }TDL BV BV cat MC khui on d MC du phongt t t t t t t
−≥ − + + − +
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Đường dây hai nguồn cấp (TĐL 3 pha):
40
Tính toán cài đặt thông số
HT1 HT2
TðL2TðL1
BV1 BV2
U2>
MC1 MC2
U1<
� Để đảm bảo an toàn: để tránh đóng cả hai nguồn vào ngắn mạch còn tồn tại: kiểm tra xem trên đường dây có còn điện áp hay không – điện áp sẽ bằng 0 khi đã cắt hoàn toàn cả hai phía.
� TĐL1 chỉ tác động khi đường dây không mang điện: dùng các rơle điện áp thấp để kiểm tra (U1<)
� TĐL2 chỉ tác động khi đường dây đã được đóng lại thành công từ phía 1: dùng các rơle điện áp cao (U2>).
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại không đồng bộ:�Để đơn giản và nhanh chóng tự đóng lại các nguồn : có thể sử dụng thiết
bị tự đóng lại không kiểm tra đồng bộ
�Việc tự đóng lại không đồng bộ có thể dẫn đến dao động công suất. Nếu thời gian dao động bị kéo dài: phải mở máy cắt tách riêng các phần của hệ thống.
�Phương pháp TĐL không đồng bộ cho phép dùng nếu dòng điện cân bằng
41
Các loại tự đóng lại khác
�Phương pháp TĐL không đồng bộ cho phép dùng nếu dòng điện cân bằng khi đóng MC đảm bảo nhỏ hơn một giá trị cho phép
Không kiểm tra
đồng bộ
HT1 HT2
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại không đồng bộ - Phạm vi áp dụng:�Sơ đồ thay thế khi đóng máy cắt: khi đóng máy cắt sẽ xuất hiện dòng điện
cân bằng.
42
Các loại tự đóng lại khác
1
'E 1
'
HTX
2
'E2
'
HTX
dX
' '; ;E X X
Suất ñiện ñộng & ñiện kháng quá ñộ của hai phía hệ thống
�Trị số dòng điện cân bằng lớn nhất:(giả thiết Sđđ quá độ hai phía bằng nhau)
�Nếu: thì có thể cho phép dùng phương pháp tự đóng lại không đồng bộ
' '; ;
dE X X
Suất ñiện ñộng & ñiện kháng quá ñộ của hai phía hệ thống
& ñiện kháng ñường dây
1 2
2'
'
ax ' 'cbm
HT d HT
EI
X X X
×=
+ +
3' ( )
maxcb N dau cucI I≤
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại nhanh�Sau khi máy cắt trên đường dây mở: các vector điện áp hai phía đầu
đường dây bị mất đồng bộ và góc lệch tương đối giữa hai vector này thay đổi theo thời gian
�Nếu có thể cho phép tự đóng lại trong thời gian rất ngắn: độ biến thiên góc lệch sẽ nhỏ >>> khi đóng lại máy cắt sẽ không cần kiểm tra đồng bộvà độ lớn dòng cân bằng
43
Các loại tự đóng lại khác
và độ lớn dòng cân bằng
Không kiểm tra
đồng bộ
HT1 HT2Thời gian TĐL
rất ngắn
EHT1 EHT2
góc lệch bình thường
EHT1 EHT2
góc lệch tăng lên ít
EHT1 EHT2
góc lệch tăng lên nhiều
tTĐL (tổng) = 0.35 – 1 giây
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại một pha�Phạm vi áp dụng: các đường dây siêu cao áp (>330kV)
�Lý do sử dụng:
� Lưới siêu cao áp chủ yếu xảy ra sự cố một pha� Các thiết bị là loại một pha: biến áp một pha
� Khoảng cách pha-pha lớn
� Giữ vai trò liên kết trong hệ thống điện – Cần giảm thiểu việc cắt hoàn toàn
44
Các loại tự đóng lại khác
� Giữ vai trò liên kết trong hệ thống điện – Cần giảm thiểu việc cắt hoàn toàn đường dây:
� TĐL 1 pha chỉ cắt pha sự cố
� Hai pha còn lại vẫn hoạt động: Đảm bảo tính ổn định (yếu tố quan trọng)
�Các yêu cầu:� Máy cắt phải truyền động riêng từng pha
� Thiết bị bảo vệ có chức năng chọn pha sự cố: sơ đồ phức tạp
� TĐL một pha không thành công: cắt cả 3 pha
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại một pha�Nhược điểm:
� Chế độ vận hành không đối xứng gây ra dòng thứ tự nghịch ảnh (I2) hưởng tới các máy phát
� Gây nhiễu các đường dây thông tin lân cận
� Thời gian khử i-on kéo dài hơn do điện áp cảm ứng xuất hiện trên pha đã cắt điện: điện áp cảm ứng này xuất hiện do các liên hệ về điện cảm & điện dung
45
Các loại tự đóng lại khác
điện: điện áp cảm ứng này xuất hiện do các liên hệ về điện cảm & điện dung giữa hai pha đang mang điện và pha đã cắt điện hai đầu.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN46
Phối hợp thiết bị bảo vệ rơle& thiết bị tự đóng lại
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mục đích – Phối hợp giữa thiết bị bảo vệ rơle (BVRL) & thiết bị tự đóng lại (TĐL)�Loại trừ nhanh chóng sự cố
�Giảm thời gian ngừng cung cấp điện (cho các trường hợp sự cố thoáng qua)
�Thực hiện: theo 02 hướng
Cố ý để BVRL hoạt động nhanh và không chọn lọc – sau đó hiệu chỉnh lại bằng
47
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
� Cố ý để BVRL hoạt động nhanh và không chọn lọc – sau đó hiệu chỉnh lại bằng thiết bị TĐL
� Thực hiện tự đóng lại và sau đó sử dụng bảo vệ (loại cắt nhanh không chọn lọc) loại trừ nhanh các trường hợp sự cố duy trì.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng tốc độ BVRL trước khi thực hiện TĐL
48
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
B3B2
t~0 giây
�Trang bị các bảo vệ quá dòng (I>) cho các phân đoạn
�Phân đoạn đầu nguồn:
� Một bộ TĐL
� Mộ bộ bảo vệ quá dòng cắt nhanh – được chỉnh định:� Thời gian tác động tức thời (t~0 giây)
� Bảo vệ (tác động với mọi sự cố) trên toàn bộ các phân đoạn chính >> không chọn lọc
� Không tác động khi sự cố sau các nhánh rẽ (VD: sau B2; B3..) để giảm số lần tác động của bảo vệ đầu nguồn
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng tốc độ BVRL trước khi thực hiện TĐL
49
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
B3B2
t~0 giâyN2
Hoạt động
�Giả thiết sự cố tại N2
�Bảo vệ (I>>) cắt tức thời máy cắt đầu nguồn, loại trừ sự cố
�Thiết bị TĐL hoạt động:
� Khóa tạm thời bảo vệ cắt nhanh (I>>)
� Đóng lại máy cắt� Đóng lại thành công: sau một thời gian sẽ mở khóa (I>>)
� Đóng lại không thành công: các bảo vệ chọn lọc (I>) sẽ tác động (bảo vệ phân đoạn 2)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng tốc độ BVRL trước khi thực hiện TĐL
50
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
B3B2
t~0 giây
Đặc điểm
�Các sự cố luôn được loại trừ tức thời trong lần xuất hiện thứ nhất >> có tác dụng tốt với các sự cố thoáng qua
�Máy cắt đầu nguồn phải hoạt động nhiều >> tăng hao mòn
�Thích hợp với các đường dây có ít phân đoạn
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng tốc độ BVRL sau khi thực hiện TĐL
51
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
t~0 giây t~0 giây t~0 giây
t1 giây t2 giây t3 giây
�Trang bị các bảo vệ quá dòng (I>) & (I>>) & TĐL cho các phân đoạn
�Bảo vệ quá dòng cắt nhanh – được chỉnh định:
� Thời gian tác động tức thời (t~0 giây)
� Bảo vệ toàn bộ phân đoạn và một phần phân đoạn tiếp theo >> không chọn lọc (có vùng chồng lấn bảo vệ)
� Đưa vào làm việc sau khi đã TĐL
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng tốc độ BVRL sau khi thực hiện TĐL
52
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
t~0 giây t~0 giây t~0 giây
N2
t1 giây t2 giây t3 giây
Hoạt động
�Sự cố tại N2 (tại vùng chồng lấn phạm vi bảo vệ)
�Bảo vệ có thời gian (I>) tại phân đoạn 1 & 2 hoạt động
�Sau khoảng thời gian t2 : bảo vệ tại phân đoạn 2 cắt sự cố
�TĐL2 được khởi động
� Mở khóa (I>>) của riêng phân đoạn 2
� Đóng lại máy cắt phân đoạn 2:� TĐL thành công: sau đó khóa (I>>)
� TĐL không thành công: bảo vệ (I>>) cắt tức thời sự cố
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng tốc độ BVRL sau khi thực hiện TĐL
53
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
t~0 giây t~0 giây t~0 giây
t1 giây t2 giây t3 giây
Đặc điểm
�Bảo vệ cắt nhanh chỉ có tác dụng loại trừ nhanh khi sự cố duy trì khi thực hiện tự đóng lại
�Có thể áp dụng cho lưới điện có nhiều phân đoạn
�Lần sự cố đầu tiên được loại trừ bởi các bảo vệ có thời gian: có thể tăng khả năng biến sự cố thoáng qua thành sự cố duy trì
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại từng đoạn theo thứ tự
54
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
t~0 giây t~0 giây t~0 giây
tTðL1 tTðL2 tTðL3
�Trang bị các bảo vệ quá dòng (I>) & (I>>) & TĐL cho các phân đoạn
�Bảo vệ quá dòng cắt nhanh – được chỉnh định (không khóa):
� Thời gian tác động tức thời (t~0 giây)
� Bảo vệ toàn bộ phân đoạn và một phần phân đoạn tiếp theo >> không chọn lọc (có vùng chồng lấn bảo vệ)
�Thiết bị TĐL hoạt động phân cấp: gần nguồn đóng trước, xa nguồn đóng sau: tTĐL1 < tTĐL2 < tTĐL3
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại từng đoạn theo thứ tự
55
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
t~0 giây t~0 giây t~0 giây
N2
tTðL1 tTðL2 tTðL3
Hoạt động
�Sự cố tại N2 (tại vùng chồng lấn phạm vi bảo vệ)
�Bảo vệ cắt nhanh (I>>) của cả phân đoạn 1 & 2 có thể tác động
�TĐL1 & TĐL2 được khởi động:
� TĐL1 gần nguồn nên tác động trước: thành công (vì sự cố trên phân đoạn 2)
� Sau đó khóa bảo vệ cắt nhanh phân đoạn 1 (I>>)
� TĐL2 đếm hết thời gian tiếp sau đó: � Nếu sự cố tại N2 là thoáng qua thì TĐL2 thành công
� Nếu TĐL2 không thành công: bảo vệ (I>>) của phân đoạn 2 cắt tức thời sự cố
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tự đóng lại từng đoạn theo thứ tự
56
Phối hợp thiết bị BVRL & TĐL
1 2 3
t~0 giây t~0 giây t~0 giây
tTðL1 tTðL2 tTðL3
Đặc điểm
�Mọi loại sự cố đều được loại trừ bằng bảo vệ cắt nhanh
�Có thể áp dụng cho lưới điện có số phân đoạn bất kỳ
�Các hộ cuối nguồn có thời gian tự đóng lại kéo dài: tăng thời gian ngừng cung cấp điện
Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 02
57
Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng trong HTĐ
Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trong HTĐ
� Auto Transfer to Reserve Supply (ATS)
� Tự đóng nguồn dự phòng (TĐD)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nếu các hộ tiêu thụ chỉ được cấp từ một nguồn: sự cố nguồn >> mất điện
� Nhiều loại phụ tải không cho phép mất điện: phải có hệ thống điện dự phòng
� Với tổ máy nhiệt điện, mất điện tự dùng trong khoảng 20-30 giây có thể dẫn tới ngắt sự vận hành của nồi hơi >> mất nhiều giờ để vận hành lại tổ máy
� Một số quá trình trong nhà máy hóa chất nếu để mất điện lâu hơn 3 giây có thể phải khôi phục lại từ đầu
58
Lý do sử dụng thiết bị TĐD
khôi phục lại từ đầu
� Phương thức vận hành của nguồn (thiết bị) dự phòng:
� Vận hành song song: không kinh tế
� Ở trạng thái dự phòng không mang điện: để đảm bảo thao tác nhanh >> sử dụng thiết bị TĐD để tự động thao tác đổi nguồn (thời gian mất điện <1-2 giây)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN59
Ví dụ về ứng dụng của thiết bị TĐD
TĐD đường dây TĐD máy biến áp
TĐD tổ máy diezen dự phòng TĐD cho hệ thống tự dùng trong nhà máy điện
Hệ thống
F1 F2 F3
TD1 TD2 TD3 DP
TĐD thanh góp
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thiết bị TĐD phải tác động khi phần tử làm việc bị mất điện vì bất cứ lý do gì, kể cả trường hợp ngắn mạch trên thanh cái hộ phụ tải (trừ trường hợp sa thải theo tần số)
� Thiết bị TĐD chỉ đóng nguồn dựu phòng khi đã cắt hoàn toàn nguồn chính:� Tránh việc đóng không đồng bộ giữa hai nguồn
� Tránh việc đóng thêm nguồn vào điểm sự cố
60
Các yêu cầu đối với thiết bị TĐD
� Tránh việc đóng thêm nguồn vào điểm sự cố
� Thiết bị TĐD phải có thời gian tác động nhanh – giảm thời gian ngừng cung cấp điện
� Để ngăn chặn khả năng đóng nguồn dự phòng vào ngắn mạch duy trì nhiều lần: thiết bị TĐD chỉ tác động một lần
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khi thực hiện thao tác TĐD phải đảm bảo điều kiện tự khởi động của các động cơ – có thể cắt bớt một số động cơ khi đóng nguồn dự phòng
� Có khả năng phối hợp để tăng tốc thiết bị bảo vệ rơle với mục đích loại trừ nhanh sự cố khi đóng nguồn dự phòng
61
Các yêu cầu đối với thiết bị TĐD
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phương pháp khởi động thiết bị TĐD: 2 cách�Dùng tín hiệu từ tiếp điểm phụ máy cắt: tiếp điểm thường đóng
62
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
1MC ñóng
1MC3
2MC mở
2MC1+ -
Chế ñộ bình thường:Cuộn ñóng của 2MC không có ñiện
1MC3
mở
2MC1
ñóng
+ Cñ -
1MC cắt
1MC3
ñóng
2MC mở
2MC1
ñóng
+ Cñ -
Chế ñộ sự cố: 1MC bị cắt raCuộn ñóng của 2MC ñược cấp ñiện >> ñóng 2MC
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phương pháp khởi động thiết bị TĐD: �Dùng tín hiệu từ tiếp điểm phụ máy cắt:
� Đặc điểm: nếu nguồn cấp bị cắt từ đầu đường dây, máy cắt 1MC không mở ra >> sơ đồ không hoạt động
� Khắc phục: dùngrơle điện áp thấp (U<) để kiểm tra tình trạng của nguồn cấp >> Sơ đồ
63
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
kiểm tra tình trạng của nguồn cấp >> Sơ đồ khởi động có dùng rơle điện áp thấp
U<
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phương pháp khởi động thiết bị TĐD: 2 cách�Sơ đồ khởi động TĐD có rơle điện áp thấp (U<)
64
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
�Khi thanh góp mất điện vì bất cứ lý do gì: rơle điện áp thấp (3U<) khởi động
�Khi (3U<) khởi động sẽ cấp điện �Khi (3U<) khởi động sẽ cấp điện cho rơle thời gian 5RT
�Sau một khoảng thời gian trễ: 5RT sẽ cấp điện tới cuộn cắt của 1MC >> cắt 1MC
�Khi 1MC được cắt ra thì sơ đồ TĐD sẽ khởi động như bình thường.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phương pháp khởi động thiết bị TĐD: 2 cách�Sơ đồ khởi động TĐD có rơle điện áp thấp (U<)
65
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
Đặc điểm:
�Nếu thiết bị làm việc và dự phòng lấy điện chung từ một nguồn thì phương pháp này nguồn thì phương pháp này không cần thiết.
�Sơ đồ sẽ tác động nhầm khi đứt cầu chì đầu ra của biến điện áp (9BU)
�Khắc phục: sử dụng hai rơle điện áp thấp đấu nối tiếp tiếp điểm
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN66
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
�Khắc phục: sử dụng hai rơle điện áp thấp đấu nối tiếp tiếp điểm
� Nếu đứt cầu chì: chỉ một trong hai rơle điện áp thấp hoạt động >> mạch điện cấp cho 5RT hở mạch
� Nếu thanh góp mất điện: cả (3U<)&(4U<) tác động: mạch điện cấp cho 5RT khép kín >> khởi động TĐD
Sơ ñồ hai rơle ñiện áp thấp ñấu nối tiếp
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nguyên tắc đảm bảo thiết bị TĐD chỉ tác động một lần�Dùng rơle trung gian loại thường mở, mở chậm (6RGT):
67
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
� Bình thường: 1MC đóng
• 1MC đóng –> 1MC3: mở
1MC2: đóng -> 6RGT có ñiện
• 6RGT có điện –> Tiếp điểm 6RGT: đóng
•• 2MC: đang mở -> 2MC1: đóng
Mạch đóng 2MC: không có điện
(+) -> 1MC3 -> 6RGT -> 2MC1 -> Cñ -> (-)
(mở) (ñóng) (ñóng)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nguyên tắc đảm bảo thiết bị TĐD chỉ tác động một lần�Dùng rơle trung gian loại thường mở, mở chậm (6RGT):
68
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
� Khi sự cố: 1MC bị cắt ra
• 1MC cắt –> 1MC3: đóng
1MC2: mở -> 6RGT mất ñiện
• 6RGT mất điện –> Tiếp điểm 6RGT: mở chậm
•• 2MC: đang mở -> 2MC1: đóng
Mạch đóng 2MC: có điện khi 6RGT đang mở chậm
(+) -> 1MC3 -> 6RGT -> 2MC1 -> Cđ -> (-)
(đóng) (mở chậm) (đóng)
Khi 6RGT mở hoàn toàn: mạch đóng hở mạch và không thể tác động lần 2.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Kiểm tra sự sẵn sàng của nguồn dự phòng�Thao tác TĐD chỉ có tác dụng khi nguồn dự phòng có điện áp trong
ngưỡng cho phép: sử dụng rơle điện áp cao (U>) để kiểm tra trạng thái nguồn dự phòng
69
Các nguyên lý áp dụng trong thiết bị TĐD
U>
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN70
Sơ đồ tổng thể của thiết bị TĐD
Sơ đồ TĐD cho đường dây
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN71
Tính toán chỉnh định thiết bị TĐD
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thời gian mở chậm của 6RGT: �Trong thời gian mở chậm của 6RGT: mạch đóng còn được cấp điện
�Thời gian mở chậm phải lớn hơn thời gian đóng máy cắt
t6RGT = Kat x tđóng 2MC
72
Chỉnh định
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điện áp khởi động của rơle điện áp thấp {3U<} & {4U<}
� Sự cố lân cận nguồn cấp (N1): điện áp trên thanh góp giảm thấp tới Udư(N1) --> rơle không được phép tác động
� Sự cố tại lân cận thanh góp (N2): điện áp trên thanh góp giảm tới Udư(N2): rơle không được phép tác động.
� Chỉnh định: Ukhởi động= min{Udư(N1) ; Udư(N2) }/Kat với Kat=1.2-1.3
73
Chỉnh định
N1
Udư=?
N2
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điện áp khởi động của rơle điện áp cao {8U>}
� Rơle điện áp cao {8U>} để kiểm tra sự sẵn sàng của nguồn làm việc � khi điện áp nguồn này trong ngưỡng cho phép thì rơle được phép hoạt động
� Chỉnh định: Ukhởi động= Kat x Unhỏ nhất cho phép với Kat=1.2-1.3
74
Chỉnh định
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thời gian làm việc của rơle thời gian 5RT
� Sự cố lân cận nguồn cấp (N3): cần đảm bảo loại trừ hoàn toàn sự cố này trước khi đóng nguồn dự phòng : t(1)
5RT > tcác bảo vệ tại thanh góp đầu nguồn
� Phân tích tương tự với các sự cố tại lân cận thanh góp phụ tải (N4): t(2)
5RT > tcác bảo vệ tại thanh góp phụ tải
� Do vậy t5RT= max{t(1)5RT ; t(2)
5RT} + tdự trữ
75
Chỉnh định
N3N3
N4
Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 03
76
Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng trong HTĐ
Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trong HTĐ
� Automatic Synchronization
� Chức năng kiểm tra đồng bộ (25)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Là thao tác cần thiết để đưa máy phát điện vào làm việc cùng với hệ thống – hoặc để kết nối giữa hai hệ thống.
� Yêu cầu: dòng điện cân bằng trong lúc hòa đồng bộ phải nhỏ nhất, giảm thiểu sụt áp và dao động công suất
77
Hòa đồng bộ trong hệ thống điện
� Có hai phương pháp hòa đồng bộ:� Hòa đồng bộ chính xác
� Tự hòa đồng bộ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Sơ đồ hòa đồng bộ
Trình tự thao tác
Máy phát được kích từ - quay tới tốc độ
78
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
� Máy phát được kích từ - quay tới tốc độ đồng bộ
� Kiểm tra các điều kiện hòa
� Cùng thứ tự pha
� Điện áp bằng nhau:
� Tốc độ góc (tần số) bằng nhau:
� Góc lệch tương đối giữa vecto điện áp hai phía bằng không:
� Khi các điều kiện hòa đảm bảo: đóng máy cắt hòa
H FU U=ɺ ɺ
H F dbω ω ω= =
�0,
H FU Uδ = =ɺ ɺ
Góc lệchδ
Hω
Fω
HU
FU
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Dòng điện cân bằng xuất hiện tại thời điểm hòa
79
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
cbIH
Xd
XH
EɺF
Eɺ Sơ đồ thay thế
� Độ lớn dòng điện cân bằng Icb:H F
cb
H d
E EI
X X
−=
+
ɺ ɺ
Để đơn giản, giả thiết độ lớn E =E =E và căn cứ theo đồ thị vecto:Để đơn giản, giả thiết độ lớn EF=EH=E và căn cứ theo đồ thị vecto:
2
2sin
H F
cb
H d H d H d
E E E EI
X X X X X X
δ− ∆ ×= = = ×
+ + +
ɺ ɺ
δ
HE
FE
E E
E∆
2
δĐộ lớn dòng điện Icb phụ thuộc vào góc lệch giữa hai vecto điện áp ( )
2sin
δ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Dòng cân bằng nhỏ nhất:
Vậy thời điểm thuận lợi nhất để đóng máy cắt hòa đồng bộ là khi góc lệch:
80
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
0 0 020 0 0 360 720
2 2min
min sin sin ; ; ...cb
H d
EI
X X
δ δδ
×= × = ⇔ = ⇔ =
+
0 0 00 360 720; ; ...δ =
� Dòng cân bằng lớn nhất:� Dòng cân bằng lớn nhất:
Thường hệ thống có công suất vô cùng lớn so với máy phát: có thể coi XH=0; khi đó
Vậy thời điểm bất lợi nhất: khi góc lệch giữa vecto điện áp hai phía là 1800
và dòng Icbmax có thể gấp 2 lần dòng ngắn mạch 3 pha đầu cực máy phát
02 2 1 180
2 2max
max sin sincb
H d H d
E EI
X X X X
δ δδ
= × × = × ⇔ = ⇔ =
+ +
3 02 2 180
( )
maxcb N daucucMF
d
EI I
Xδ= × = × ⇔ =
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Vai trò của điện áp phách US (điện áp trượt) trong quá trình hòa
� Với giả thiết EH=EF=E
81
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
( ) ( ) ( ) sin( ) sin( )S H F H H F F
u t u t u t E t E tω ω= − = −
2 22 2 2 2
( ) cos sin cos sin SH F H F H FS
u t E t t E t tωω ω ω ω ω ω+ − +
= × × × = × × ×
Với: định nghĩa là tốc độ trượtS H Fω ω ω= −
� Điện áp phách biến thiên với hai tần số khác nhau:
uS(t)
(t)
2cos H F t
ω ω+
2sin S t
ω
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Giá trị điện áp phách quan sát được là đường bao biên độ
82
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
uS(t)
(t)
2 22 2
sin sinSS
U E t Eω δ
= × × = × ×
Us=0: Thời điểm thuận Us=0: Thời điểm thuận Us=0: Thời điểm
� Vì là tốc độ trượt nên đại lượng chính là góc lệch tương đối giữa hai vecto điện áp theo thời gian.
� Chu kỳ của điện áp phách thay đổi do trong quá trình hòa luôn có những thao tác điều chỉnh sao cho tốc độ góc của máy phát gần nhất với phía hệ thống
� Thời điểm thuận lợi để hòa: khi Us=0
Sω ( )
Stω × δ
Us=0: Thời điểm thuận lợi ( )0
360δ =
Us=0: Thời điểm thuận lợi ( )0
720δ =
Us=0: Thời điểm thuận lợi ( )0
0δ =
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN83
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
uS(t)
(t)
Thuận lợiGửi xung đóng
tđóng MC
Thuận lợiGửi xung đóng
tđóng MC
Thuận lợiGửi xung đóng
tđóng MC
� Do việc đóng máy cắt cần một khoảng thời gian tđóng MC: xung đóng phải gửi trước thời điểm thuận lợi một khoảng thời gian vượt trước
tvượt trước = tđóng MC
� Thời gian vượt trước có thể qui đổi tính theo góc vượt trước (độ) nếu tốc độ trượt cho phép khi hòa đòng bộ đã biết:
vt scp vt scp dong MCt tδ ω ω= × = ×
Góc vượt trước
Tốc độ trượt cho phép
Thời gian vượt trước (chính là thời gian đóng MC)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Trong thực tế để giảm thời gian điều chỉnh các thông số khi hòa đồng bộ: có thể cho phép có sai số giữa các đại lượng hòa.
� Sơ đồ nguyên lý máy hòa đồng bộ chính xác
84
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Đặc điểm
� Có thể áp dụng cho mọi loại máy phát
� Thời gian hòa đồng bộ có thể bị kéo dài do quá trình điều chỉnh các tham số khi hòa.
85
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mô hình điều khiển quá trình hòa trong thực tế
86
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN87
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Sơ đồ tự hòa đồng bộ
88
Phương pháp tự hòa đồng bộ
Trình tự thao tác
1. Máy phát không được được kích từ - cuộn kích từ nối tắt hoặc nối qua điện trở diệt từ RTDT (tiếp điểm liên động 1 đóng & 2 mở)
2. Quay máy phát đến gần tốc độ đồng bộ
Khi hệ số trượt đóng máy cắt đầu cực vào hệ thống.
3. Ngay sau khi đóng máy phát vào hệ thống: đóng kích từ cho máy phát
4. Do các mô men sinh ra sẽ tự đưa máy phát vào làm việc đồng bộ
100 2 3( %)db F
db
sω ω
ω
−= × = ± ÷
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Các mô men xuất hiện trong quá trình tự hòa đồng bộ
� Phương trình chuyển động của roto máy phát
với J: momen quán tính của các phần tử quay của máy phát; MC: momen cản
� Momen không đồng bộ Mkdb:
� Khi đóng máy cắt đầu cực: máy phát hoạt động như một động cơ không đồng bộ roto dây quấn. M xuất hiện do tác động tương hỗ giữa từ trường quay của stato và dòng
89
Phương pháp tự hòa đồng bộ
T c kdb pk db
dJ M M M M M
dt
ω= − + + +
dây quấn. Mkdb xuất hiện do tác động tương hỗ giữa từ trường quay của stato và dòng điện cảm ứng trong cuộn roto (đang bị nối tắt).
� Momen này có tác dụng đưa roto quay gần tới tốc độ đồng bộ
� Momem này không phải là tác nhân chính đưa máy phát vào đồng bộ vì khi tốc độ roto bằng tốc độ đồng bộ (s=0) thì Mkdb=0
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Các mô men xuất hiện trong quá trình tự hòa đồng bộ
� Momen phản kháng Mpk:
� Xuất hiện do tác động tương hỗ gữa từ trường quay của stato và thân roto cực lồi bằngvật liệu sắt từ. Với roto cực ẩn thì momen này không xuất hiện
� Dấu của momen phản kháng thay đổi theo góc giữa roto và từ trường quay. Nếu xéttổng trong nhiều chu kỳ thì tác dụng của momen này bằng không
90
Phương pháp tự hòa đồng bộ
Roto cực lồiRoto cực ẩn
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Máy phát tại nhà máy thủy điện Sơn La
91
Rotor cực lồi
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN92
Rotor cực ẩn và cực lồi
Roto cực lồi(thủy điện)
Roto cực ẩn(nhiệt điện)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN93
Rotor lồng sóc
� Động cơ không đồng bộ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Các mô men xuất hiện trong quá trình tự hòa đồng bộ
� Momen đồng bộ Mdb:
� Xuất hiện do tác động tương hỗ gữa từ trường quay của stato và dòng điện kích từ trong cuộn roto
� Mdb là tác nhân chính đưa máy phát vào làm việc đồng bộ do độ lớn của momen này vẫn duy trì tại tốc độ đồng bộ.
94
Phương pháp tự hòa đồng bộ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Phạm vi ứng dụng phương pháp tự hòa đồng bộ
� Dòng điện cân bằng quá độ xuất hiện khi đóng máy cắt:
95
Phương pháp tự hòa đồng bộ
''
maxcbiH
X ''
dX
HEɺ 0
FE =ɺ Sơ đồ thay thế
Hcb
H d
Ei
X X
′′ =
′ ′+
� Thông thường công suất hệ thống là vô cùng lớn so với máy phát:
Khi đó (trong hệ đơn vị tương đối)
� Nhà chế tạo cho phép sử dụng phương pháp tự hòa đồng bố nếu:
H dX X′ ′+
0'
HX =
1 05max
.H Hcb
H d d d
E Ei
X X X X
′ ′′ = = =
′ ′ ′ ′+
3 5max
.cb cbcpi i′ ≤ =
Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 04
96
Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng trong HTĐ
Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trong HTĐ
� Load Shedding
� Rơle tần số (81)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Ở chế độ làm việc ổn đinh, bình thường: PF = PT
� Sự mất cân bằng công suất: có thể xảy ra do:
�Một hoặc vài tổ máy bị cắt ra: thiếu công suất
�Một số đường dây hoặc phụ tải bị cắt ra: thừa công suất
� Sự mất cân bằng công suất: ảnh hưởng tới tốc độ của tất cả các máy phát (và động cơ) trong hệ thống điện.
97
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số (TCT)
F TP P P∆ = −
phát (và động cơ) trong hệ thống điện.
� Khi xảy ra mất cân bằng công suất- tốc độ tổ máy giảm đi:
�Các bộ điều tốc của tuabin và điều tần sẽ hoạt động
�Huy động công suất dự trữ quay của các máy phát
� Nếu công suất huy động không đủ: tốc độ quay của các tổ máy, động cơ sẽ bị giảm đi
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khi tốc độ của các máy quay giảm đi: có tác dụng giúp nhanh lập lại cân bằng công suất
�Khi tốc độ giảm: công suất tiêu thụ của các dây chuyền cũng giảm đi
�Ví dụ: công suất tiêu thụ của các quạt gió tỷ lệ với bình phương (f2) của tần số; công suất tiêu thụ của bơm nước tỷ lệ với bậc 3 của tần số (f3)...
� Quá trình giảm của tần số sẽ tiếp tục đến khi nào : tần số giảm tới giá trị cuối cùng f
98
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số
0P∆ =
tới giá trị cuối cùng fcuối
� Giả thiết không có công suất dự trữ quay: độ suy giảm tấn số sẽ là:
� Quan hệ giữa công suất thiếu hụt và độ suy giảm tần số có thể biểu diễn theo:
với
bandau cuoif f f∆ = −
(%) (%)P K f∆ = × ∆
100(%) F T
T
P PP
P
−∆ = × 100(%)
bandau cuoi
cuoi
f ff
f
−∆ = ×
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khi tốc độ của các máy quay giảm đi: có tác dụng giúp nhanh lập lại cân bằng công suất
�Khi tốc độ giảm: công suất tiêu thụ của các dây chuyền cũng giảm đi
�Ví dụ: công suất tiêu thụ của các quạt gió tỷ lệ với bình phương (f2) của tần số; công suất tiêu thụ của bơm nước tỷ lệ với bậc 3 của tần số (f3)...
� Quá trình giảm của tần số sẽ tiếp tục đến khi nào : tần số giảm tới giá trị cuối cùng f
99
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số
0P∆ =
tới giá trị cuối cùng fcuối
� Giả thiết không có công suất dự trữ quay: độ suy giảm tấn số sẽ là:
� Quan hệ giữa công suất thiếu hụt và độ suy giảm tần số có thể biểu diễn theo:
với
� Hệ số K: hệ số tự điều chỉnh của phụ tải theo tần số
bandau cuoif f f∆ = −
(%) (%)P K f∆ = × ∆
100(%) F T
T
P PP
P
−∆ = × 100(%)
bandau cuoi
cuoi
f ff
f
−∆ = ×
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ số tự điều chỉnh của phụ tải theo tần số K: thể hiện sự thay đổi công suất tiêu thụ của phụ tải (kể cả thay đổi tổn thất công suất trong hệ thống) khi tần số biến đổi.
� Hệ số K phụ thuộc:
�Đặc tính của tải
�Mức độ suy giảm điện áp khi có suy giảm tần số
Thay đổi theo thời gian, theo ngày, theo mùa..
100
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số
�Thay đổi theo thời gian, theo ngày, theo mùa..
� Giá trị của K=1-3.5 (giá trị trung bình khoảng 2-2.5)
� Với giá trị của K xác đing, độ suy giảm tần số (tính theo Hz):
�Giả thiết f ban dau = 50Hz
�K=2
0 5 0 25(%)
( ) . . (%)P
f Hz PK
∆∆ = × = × ∆
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tần số suy giảm trong hệ thống: biến đổi từ từ (không suy giảm đột ngột) tùy theo momen quán tính của các phần tử quay và đặc tính tự điều chỉnh của phụ tải.
� Một cách gần đúng có thể coi tần số biến đổi theo hàm mũ khi thay đổi từ f1 đến f2:
101
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số
2 11( )f
tT
f f f e−
= ± ∆ × −
� Hằng số thời gian Tf có thể tính gần đúng theo:
� Hằng số quán tính của hệ thống Tquan tinh cua he thong = 10-16 (giây)
(10 giây: với các hệ thống có công suất tổ máy trong khoảng 200-300MW)
quantinhcua hethong
f
TT
K≈
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống vận hành với tần số thấp hơn định mức sẽ ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và không cho phép vì các lý do sau:
�Khi tần số giảm xuống dưới 49.5HZ: một số tuabin có thể xảy ra hiện tượng rung mạnh dễ gây hỏng hóc nguy hiểm về cơ khí
�Khi tần số giảm tới 49Hz: các bộ điều chỉnh đã mở hết các van năng lượng, tổ máy đầy tải. Nếu tần số tiếp tục giảm sẽ gây giảm hiệu suất của hệ thống tự dùng, đặc biệt là hệ thống bơm cấp. Khi công suất tự dùng giảm � làm giảm
102
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số
dùng, đặc biệt là hệ thống bơm cấp. Khi công suất tự dùng giảm � làm giảm công suất tổ máy � làm trầm trọng mức độ mât cân bằng � Kết quả có thể dẫn tới hiện tượng sụp đổ tần số (thác tần số) và các tổ máy sẽ bị cắt ra khỏi hệ thống.
�Khi tốc độ quay của tổ máy chính giảm � các máy phát kích từ cũng giảm tốc � giảm điện áp kích từ � giảm điện áp đầu cực máy phát: làm mức độ dự trữ ổn định, hệ thống dễ bị chia tách.
�Khi tần số suy giảm: mức độ tiêu thụ công suất phản kháng của các phụ tải tăng lên � điện áp trong hệ thống giảm thấp � đến một mức độ nào đó có thể gây lên hiện tượn điện áp suy giảm đột ngột (thác điện áp) và các phụ tải sẽ bị tách ra, hệ thống bị chia tách thành nhiều phần nhỏ.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống tự động sa thải phụ tải sẽ làm nhiệm vụ tự động cắt bớt một số tải (không quan trọng) để đảm bảo hệ thống không vận hành trong các trạng thái tần số thấp nguy hiểm
� Hệ thống tự động sa thải phụ tải phải đảm bảo
�Tần số không được giảm thấp qúa 45Hz
�Tần số giảm thấp dưới 47Hz: không quá 20 giây
Tại 48.5Hz: không quá 50 giây
103
Mục đích của việc sa thải phụ tải theo tần số
�Tại 48.5Hz: không quá 50 giây
�Không sa thải tràn lan, gây mất điện không cần thiết
�Mức độ sa thải đảm bảo tần số không vượt quá tần số định mức (50Hz)
�Thông thường, sau khi đã sa thải tần số nằm trong khoảng 49�49.5Hz và sẽ được đưa trở về giá trị định mức bằng các thao tác điều chỉnh của điều độ.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Giả thiết trong qúa trình tần số diễn biến từ fban dau � fcuoi: có một đợt sa thải (MW) tại tần số fa
� Mức độ mất cân bằng công suất sau sa thải:
� Giá trị tần số cuối cùng mới ứng với :
104
Diễn biến của tần số khi có sa thải phụ tải
1P
1 1P P P∆ = ∆ −
1P∆ 1 1cuoi cuoi cuoi
f f f= − ∆
với 1
10 5. [Hz]
cuoi
Pf
K
∆∆ = ×
� Tại thời điểm a: tần số sẽ biến biến đổi theo đường 2 thay vì đường 1
� Xu thế diễn biến hoàn toàn tương tự khi tần số bắt đầu tăng lên (từ điểm b)
fcuoi
f1 cuoi
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống tự sa thải phụ tải phải đảm bảo nguyên tắc:
�Phải đảm bảo loại trừ được tất cả các trường hợp mất cân bằng công suất lớn nhất có thể xảy ra.
� Lượng công suất sa thải phải gần nhất với lượng công suất thiếu hụt (thiết bị TCT phải có khả năng tự điều chỉnh theo lượng công suất thiếu hụt)
� Hệ thống tự sa thải phụ tải được chia thành 3 nhóm:
105
Nguyên lý thực hiện sa thải phụ tải theo tần số
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN106
Cài đặt các nhóm sa thải phụ tải theo tần sốHệ thống sa thải phụ tải
Nhóm I
Ngăn chặn suy
giảm tần số
Tần số ñặt khác nhau
Nhóm II
ðưa tần số về
gần ñịnh mức
Tần số ñặt giống nhau
Nhóm III
Sa thải bổ sung
• Khi công suất thiếu
hụt lớn (>45%)• Hệ thống bị chia tách
Tránh tần số tồn tại lâu ở
ngưỡng thấp
1 05( )
.IP P= × ∆∑ TCT max 0 4 0 5
( ) ( )( . . )
II IP P≥ ÷∑ ∑TCT TCT
Tần số ñặt khác nhau
Thời gian ñặt giống nhau
1 2 3
( ) ( ) ( )...
I I It t t= =
Tần số ñặt giống nhau
Thời gian ñặt khác nhau
1 2 3
( ) ( ) ( )...
II II IIt t t≠ ≠
46.5Hz � 48.5Hz
(bước 0.1Hz )
0.1� 0.15 giây
48.5Hz
5� 40 giây (max 90 giây)
cách nhau 3� 5 giây
1 2 3
( ) ( ) ( )...
I I If f f≠ ≠
1 2 3
( ) ( ) ( )...
II II IIf f f= =
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Đặc điểm:
�Khi tính toán lượng mất cân bằng công suất lớn nhất không tính dự phòng quay của hệ thống (tăng thêm mức độ an toàn trong tính toán lượng công suất cần cắt).
�Hệ số 1.05: để tính đến các biến động ngẫu nhiên khi sự cố (5%)
� Lượng công suất cần sa thải của mỗi nhóm: thường được chia đều cho các đợt sa thải. Tải quan trọng hơn sẽ sa thải sau cùng và đóng lại đầu tiên.
107
Nguyên lý thực hiện sa thải phụ tải theo tần số
đợt sa thải. Tải quan trọng hơn sẽ sa thải sau cùng và đóng lại đầu tiên.
� Ở các lưới điện hoặc hệ thống điện khu vực có khả năng xảy ra thiếu hụt công suất lớn và suy giảm tần số trầm trọng (<45Hz): thiết bị sa thải phụ tải bổ sung (nhóm III)
� Sa thải bổ sung thường để xử lý các thiếu hụt trầm trọng ở địa phương
� Cắt tải bổ sung là cần thiết khi: suy giảm tần số kèm theo sụp giảm mạnh điện áp.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khởi động sa thải bổ sung:
� Dựa vào các yếu tố chỉ báo thiếu hụt công suất cục bộ, khu vực:
� Cắt đường dây hay máy biến áp lớn
� Thay đổi chiều luồng công suất qua đường dây, máy biến áp
� Dựa theo tốc độ biến thiên tần số
� Dựa theo sự sụp giảm điện áp
108
Nguyên lý thực hiện sa thải phụ tải theo tần số
� Giải pháp sa thải bổ sung khác: tách một vài tổ máy làm nhiệm vụ cấp điện cho hệ thống tự dùng của toàn nhà máy và tách nhà máy chỉ cấp cho một số lượng phụ tải đủ với công suất thiết kế.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN109
Nguyên lý thực hiện sa thải phụ tải theo tần số
50.0
Đợt 2-Nhóm I
48.548.448.348.2
2
Sự cốHz
t (giây)
Đợt 1-Nhóm I
Nhóm II khởi động Đợt 1-Nhóm II
48.2
Đợt 2-Nhóm II
Rơle các nhóm sa thải trở về
1
Diễn biến tần số khi có sa thải phụ tải
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Rơle tác động theo độ lệch tuyệt đối tần số :
� Rơle tác động bất cứ khi nào tần số thấp hơn giá trị chỉnh định
� Cài đặt chỉnh định dễ dàng
� Không tính đến tốc độ suy giảm của tần số
� Rơle tác động theo tốc độ biến thiên tần số hoặc tốc độ biến thiên trung bình :
110
Các phương tiện sa thải phụ tải
f∆
df
dtf
t
∆
∆
� Tốc độ biến thiên tần số phản ánh mức độ mất cân bằng công suất
� Rơle có khả năng phản ứng nhanh hơn với sự cố
� Thực tế: sử dụng kết hợp cả hai chức năng ( & )
t∆
f∆df
dt
(Tác động theo tốc độ biến thiên trung bình để giảm khảnăng tác động nhầm khi có dao động tần số ngắn hạn)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Suy giảm tần số ngắn hạn
� Khi thanh góp bị cắt điện, tốc độ các động cơ giảm dần và các động cơ này có khả năng duy trì điện áp trên thanh góp một thời gian nữa (tần số điện áp này giảm theo tốc độ động cơ): rơle có thể tác động nhầm � khóa thiết bị tự đóng lại � Phụ tải sẽ không được cấp điện khi thanh góp có điện trở lại.
� Giải pháp: các phụ tải này sẽ được nối tới rơle tần số nhóm II, có thời gian làm việc trễ
� Sử dụng các rơle công suất hoặc dòng điện cực tiểu để phát hiện sự cố mất điện�
111
Các trường hợp gây tác động nhầm rơle tần số
� Sử dụng các rơle công suất hoặc dòng điện cực tiểu để phát hiện sự cố mất điện�khóa tạm thời thiết bị sa thải phụ tải
� Với các hệ thống điện nhỏ: sự cố ba pha có thể gây tổn thất công suất tác dụng rất lớn và làm cho tần số có thể bị suy giảm
� Sử dụng các thiết bị bảo vệ rơle có thời gian tác động nhanh, loại trừ sự cố trước khi tần số bị sụp giảm đến ngưỡng khởi động của rơle sa thải.
� Do các bộ điều tốc có thời gian phản ứng chậm:
� Sử dụng các rơle tần số nhóm II
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Sử dụng rơle dòng điện cực tiểu ngăn ngừa sự tác động nhầm của rơle tần số khi phụ tải là các động cơ lớn:
112
Các trường hợp gây tác động nhầm rơle tần số
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sử dụng kết hợp rơle điện áp thấp & rơle dòng cực tiểu
113
Các phương tiện sa thải phụ tải
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Rơle tần số có thể tác động nhầm do nhiều lý do – Do đó hệ thống tự đóng lại được coi là bắt buộc đối với việc sa thải phụ tải
�Thiết bị tự đóng lại nên nối tới:
� Các rơle tần số thuộc nhóm sa thải sau cùng (là các tải quan trọng hơn)
� Nối tới các nhóm sa thải đầu tiên (nhóm I): đây là nhóm sa thải dễ bị tác động nhầm.
� Tần số đặt cho thiết bị TĐL: 49.2� 50Hz
114
Tự đóng trở lại các phụ tải sau sa thải
� Tần số đặt cho thiết bị TĐL: 49.2� 50Hz
� Thời gian trễ: 10�20 giây
� Để tránh việc đóng lại nhiều lần trong trường hợp hệ thống không thể hồi phục: chỉ tác động một lần
� Các phụ tải nên được đóng lại dần theo nhóm nhỏ (nhỏ hơn bước sa thải): tránh hiện tượng khởi động đồng thời và nếu có sụt giảm tần số nhỏ thì các bộ điều tốc mới đủ khả năng điều chỉnh.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN115
Ví dụ
Diễn biến tần số khi có sa thải và tự đóng lại (hệ thống 60Hz).
Điều chỉnh điện áp & Công suất phản kháng
Chương 05
116
Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng trong HTĐ
Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trong HTĐ
phản kháng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điện áp là một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng điện năng
� Thông thường điện áp tại đầu cực phụ tải không nên vượt quá giá trị định mức.
� Điện áp giảm thấp:
�Giảm năng suất các dây chuyền, giảm mức độ chiếu sáng
�Tăng hệ số trượt trong các động cơ, tăng sự tiêu thụ công suất phản kháng
117
Giới thiệu chung
5%±
Tăng hệ số trượt trong các động cơ, tăng sự tiêu thụ công suất phản kháng
�Điện áp giảm thấp tại các “nút” trong hệ thống điện: giảm khả năng tải của đường dây, ảnh hưởng tới tính ổn định của các máy phát.
� Điện áp trong hệ thống điện thường được điều chỉnh duy trì tại một số điểm nút (ví dụ: thanh góp 220kV Hòa Bình)
� Việc điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng mang tính cục bộ địa phương (khác với việc điều tần).
� Để giảm thiểu việc truyền tải CSPK trên lưới điện: cố gắng duy trì cân bằng CSPK cho từng cấp truyền tải
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN118
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN119
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Các bộ tụ bù
ðiện trở xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN120
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Các bộ tụ bù
Kháng nối tiếp
Tụ bù
Kháng nối tiếp
o Hạn chế dòng ñiện khi ñóng bộ tụo Hạn chế sóng hài chạy vào bộ tụ
(Detuned Reactor)
o Hạn chế cộng hưởng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN121
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Các kháng bù ngang
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN122
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Các kháng bù ngang
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN123
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Phân biệt với kháng của bộ PLC (tải ba – Power line communication or power line carrier )
Kháng bù ngang
Kháng tải ba (1 hoặc
2 pha)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN124
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Các bộ tụ bù dọc
Trạm 500kV Hòa Bình
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN125
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
� Phân pha đường dây
Phân pha ñường dây
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các yếu tố ảnh hưởng đến điện áp trong hệ thống điện:�Điện áp đầu cực các máy phát
�Tổng trở của các đường dây truyền tải
�Lượng công suất truyền tải qua lưới
�Tỷ số máy biến áp
126
Các phương tiện điều chỉnh U & Q trong HTĐ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN127
Các mạch vòng điều khiển cơ bản của MFĐ
Thời gian đáp ứng của mạch kích từ ngắn hơn rất nhiều so với mạch điều khiển tua bin, do đó hai phần điều khiển có thể coi là hai mạch vòng độc lập.
LFC Controller: Thiết bị điều tầnFrequency Sensor: cảm biến đo tần sốAVR: bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phátExcitation system: Phần kích từ của máy phát
Turbine: Tua bin; Shaft: trục nốiSteam: hơi vào tua binValve control mechanism: Cơ cấu điều chỉnh độ mở van năng lượng vào tua bin
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN128
Điều chỉnh kích từ và điện áp máy phát điện
� Sơ đồ chi tiết của mạch vòng điều khiển kích từ
Step-up transformer: biến áp tăng áp đầu cực MFĐStep-down Transformer: biến áp giảm áp cấp cho hệ thống tự dùng và kích từExciter: cuộn kích từAuxilliary services: Hệ thống tự dùngAVR: bộ điều khiển kích từ (điều chỉnh điện áp)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống kích từ có thể chia ra 3 loại:
�Hệ thống kích từ một chiều (DC)
�Hệ thống kích từ xoay chiều (AC) – Không vành trượt.
�Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu trực tiếp
129
Các loại hệ thống kích từ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
1. Hệ thống kích từ một chiều (DC):
130
Các loại hệ thống kích từ
� Hệ thống kích từ một chiều: hiện tại vẫn còn tồn tại, thường dùng cho các máy phát có công suất <100MVA.
� Hệ thống gồm 02 máy phát một chiều quay cùng trục với máy phát chính:
� Máy phát kích từ chính (ME): cấp điện áp kích từ cho máy phát chính
� Máy phát kích từ phụ (AE): cấp kích từ cho máy phát kích từ chính ME
� Máy kích từ phụ được kích từ bằng dòng điện qua bộ điều khiển kích từ AVR
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
1. Hệ thống kích từ một chiều (DC):
131
Các loại hệ thống kích từ
� Công suất của nguồn cấp cho kích từ máy phát phụ và thiết bị chỉnh lưu có điều khiển rất nhỏ (hệ thống hai máy phát một chiều có thể cung cấp khả năng khuyếch đại công suất tới tỷ số 600/1)
� Nhược điểm:
� Thời gian đáp ứng chậm
� Do vẫn dùng chổi than-vành góp nên thường xuyên phải thay thế.
� Vẫn sử dụng hệ thống vành trượt đưa công suất kích từ vào máy phát chính.
� Hệ thống này đang dần dần bị thay thế bởi các hệ thống kích từ thế hệ sau
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Vành góp
132
Các loại hệ thống kích từ
Vành trượt (slip ring)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
2. Hệ thống kích từ xoay chiều (AC) – Không vành trượt:
133
Các loại hệ thống kích từ
� Các diot chỉnh lưu được gắn lên roto của máy phát kích từ xoay chiều
� Cuộn kích từ cho máy phát kích từ xoay chiều nằm trên stato (không quay)
� Điện áp sau chỉnh lưu nối trực tiếp tới cuộn kích từ máy phát chính (nằm cùng trục).
� Công suất của nguồn điều khiển kích từ khoảng 1/20 (30) công suất cuộn kích từ máy phát chính (do chỉ có một tầng khuyếch đại)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
2. Hệ thống kích từ xoay chiều (AC) – Không vành trượt:
134
Các loại hệ thống kích từ
� Không cần hệ thống vành trượt, vành góp
� Thời gian đáp ứng của quá trình điều chỉnh nhanh hơn
� Công suất của hệ thống nguồn kích từ nhỏ (1/20 (30))
� Hệ thống vẫn được sử dụng trong công nghiệp vì không yêu cầu một nguồn kích từ riêng biệt quá lớn
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu trực tiếp:
135
Các loại hệ thống kích từ
� Nguồn cấp cho hệ thống kích từ có thể lấy từ đầu cực máy phát hoặc từ hệ thống tự dùng
� Cần có biến kích từ để biến đổi điện áp cho phù hợp
� Một giải pháp khác: lấy công suất cấp cho kích từ từ hệ thống biến dòng điện và biến điện áp – Với giải pháp này: điện áp cấp cho kích từ ít bị ảnh hưởng bởi ngắn mạch gần hoặc sụt giảm điện áp đầu cực.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu trực tiếp:
136
Các loại hệ thống kích từ
� Để giảm tổn thất trong bộ hệ thống kích từ: dùng hai bộ chỉnh lưu có điều khiển
� Một bộ dùng trong chế độ bình thường (chế độ xác lập)
� Một bộ dùng trong chế độ cần cung cấp kích từ cưỡng bức (cường hành kích thích)
� Thời gian đáp ứng điều khiển nhanh.
� Trong chế độ diệt từ: bộ chỉnh lưu có thể điều khiển trở thành bộ nghịch lưu tiêu thụ năng lượng thừ trong cuộn roto.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp máy phát
137
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Load compensation: Bộ phận bù tảiLimiter: Bộ giới hạn dòng kích từComparator: Bộ so sánhAmplifier: Bộ khuyếch đạiFeedback: Tín hiệu phản hồiPSS: bộ ổn định công suất
Measuring element (transducer): Phần tử đo lườngGenerator: máy phát chínhStep-up transformer: Biến áp tăng áp đầu cựcNetwork: phía hệ thống
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối chi tiết khác138
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Follow up Unit: Đảm bảo sự chuyển đổi mềm giữa chế độ tự động/chỉnh tayVới các hệ thống kích từ kép (hai nhánh kích từ riêng): một nhánh được điều chỉnh chủ động, nhánh còn lại điều chỉnh phụ thuộc theo (follow up)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống kích từ kép (dual channel)139
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Bộ phận bù tải: được sử dụng khi cần điều khiển giữ không đổi điện
140
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
� Bộ phận bù tải: được sử dụng khi cần điều khiển giữ không đổi điện áp tại nút phụ tải phía xa.
� Điện áp rơi trên tổng trở từ máy phát đến tải:
Với: Vc: điện áp cần bù
Vg: điện áp đầu cực máy phát
Rc & Xc: tổng trở từ máy phát đến tải
� Khi không cần bù tải: đặt Rc=0; Xc=0 � khi đó sẽ giữ điện áp tại đầu cực máy phát
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Bộ giới hạn dòng kích từ: giới hạn dòng kích từ cực đại và cực tiểu
141
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
� Bộ giới hạn dòng kích từ: giới hạn dòng kích từ cực đại và cực tiểu
�Cuộn kích từ bị giới hạn về mặt phát nóng do đó phải giới hạn dòng kích từ cực đại
�Với các hệ thống hiện đại: sử dụng hệ thống giới hạn dòng kích từ cực đại nhiều bậc: dòng kích từ lớn nhất cho phép tùy thuộc vào khoảng thời gian tồn tại.
�Hệ thống giới hạn dòng kích từ là cần thiết để ngăn ngừa quá tải khi máy phát làm việc với hệ thống: tránh trường hợp thiếu công suất phản kháng lớn và máy phát sẽ cố điều chỉnh để bù lại sự thiếu hụt này.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Bộ giới hạn dòng kích từ: giới hạn dòng kích từ cực đại và cực tiểu
�Giới hạn dòng kích từ cực tiểu: cần thiết phải giữ một ngưỡng tối thiểu của dòng kích từ để tránh trường hợp máy phát dễ bị mất đồng bộ
� Bộ ổn định công suất (PSS): có tác dụng điều khiển để tắt nhanh các dao động điện trong hệ thống
�Tín hiệu đầu vào của bộ PSS có thể là tốc độ roto, tần số dòng điện phát ra và công suất tác dụng thực phát.
142
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
công suất tác dụng thực phát.
�Bộ PSS đưa thêm tín hiệu điều khiển vào mạch điều chỉnh điện áp.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối của các thiết bị AVR khác
143
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Điều chỉnh dùng biến trở
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối của các thiết bị AVR khác
144
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối của các thiết bị AVR khác
145
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều kiện để vận hành song song các máy phát điện: xét hai máy phát điện G1 & G2 cùng nối chung vào một thanh góp. Mỗi máy phát được trang bị một bộ tự động điều chỉnh kích từ (AVR)
146
Vận hành song song các máy phát điện
AVR AVR
� Đặc tính điều chỉnh của máy phát UF=f(IQ ) có thể là đặc tính độc lập hoặc phụ thuộc
Ukh
ông tả
i
a. Độc lậpb. Phụ thuộc
IQ IQU
kh
ông tả
i
Ukh
ông tả
i
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Giả thiết hai máy đều trang bị đặc tính điều chỉnh độc lập
� Khi điện áp trên thanh góp chung bị giảm: máy phát có bộ điều chỉnh với vùng chết nhỏ sẽ tác động trước � nhận thêm công suất Q.
� Máy phát còn lại có thể không tác động nhận thêm Q hoặc chỉ tác động nhận thêm Q khi máy thứ nhất đã hết công suất � công suất phản kháng phân bố giữa các máy tùy ý: có máy bị đầy tải, có máy non tải.
147
Vận hành song song các máy phát điện
AVR AVR
IQ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nếu hai máy được trang bị đặc tính phụ thuộc
� Công suất phản kháng sẽ phân bố tuân theo độ dốc của đặc tính điều chỉnh
� Máy phát có công suất lớn hơn nên được trang bị đặc tính có độ dốc ít hơn và ngược lại
� Độ dốc của đặc tính điều chỉnh được định nghĩa:
148
Vận hành song song các máy phát điện
tans α=
� Để thay đổi độ dốc của đặc tính điều chỉnh, đảm bảo sự phân bố ổn định công suất Q giữa các máy phát làm việc song song: dùng mạch ổn định dòng điện
AVR AVR
IQIQ2 IQ1
Uthanh góp
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mạch ổn định dòng điện
149
Vận hành song song các máy phát điện
AVR khong tai QU U I R= + ×
� Điện áp đưa vào mạch so sánh được tổng hợp thêm tín hiệu dòng điện (IQ)
� Điện áp đưa vào mạch so sánh (bỏ qua tỷ số biến BU & BI):
� Khi máy phát nhận thêm công suất phản kháng � I tăng lên �thành phần (I xR)
AVR AVR
kháng � IQ tăng lên �thành phần (IQxR) tăng � điện áp UAVR tăng lên.
� Khi bộ điều khiển thấy điện áp đầu vào bộ so sánh UAVR của nó tăng lên� sẽ điều chỉnh giảm điện áp đầu cực.
� Quan hệ điều chỉnh: IQ tăng & UF giảm �là đặc tính điều chỉnh phụ thuộc
� Mức độ phụ thuộc (phân chia tải) có thể thay đổi bằng thay đổi giá trị điện trở R
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chi tiết mạch ổn định dòng điện
150
Vận hành song song các máy phát điện
Thay đổi độ dốc đặc tính điều chỉnh:
� Thay đổi giá trị điện trở R
Dịch chuyển độ dốc đặc tính điều chỉnh:
� Sử dụng máy biến áp có điều chỉnh tỷ số phân áp
� Khi thay đổi tỷ số biến áp � điện áp đặt vào bộ AVR thay đổi
� Giảm tỷ số: điện áp đo được giảm đi � bộ AVR tăng kích từ để giữ điện áp đầu cực �đặc tính tịnh tiến lên
� Tăng tỷ số: đặc tính tịnh tiến xuống
AVR
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chi tiết mạch ổn định dòng điện
151
Vận hành song song các máy phát điện
AVR
� Điện áp tham chiếu được lấy từ hai pha bất kỳ
� Dòng điện đưa mạch ổn định dòng điện: lấy từ pha còn lại
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mạch ổn định dòng điện – Các chế độ hoạt động
152
Vận hành song song các máy phát điện
� MFĐ vận hành với hệ số công suất bằng 1
� Các máy phát chỉ phát P, không phát Q � không cần chia sẻ Q
� Điện áp bù thêm bởi mạch ổn định: rất nhỏ � không gây thay đổi lượng công suất Q của các máy
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mạch ổn định dòng điện – Các chế độ hoạt động
153
Vận hành song song các máy phát điện
� MFĐ vận hành với hệ số công suất bằng 0.8
� Điện áp bù thêm bởi mạch ổn định: gây thay đổi điện áp lớn hơn trường hợp cos phi = 1
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mạch ổn định dòng điện – Các chế độ hoạt động
154
Vận hành song song các máy phát điện
� MFĐ vận hành với hệ số công suất bằng 0
� Máy phát chỉ phát công suất phản kháng Q
� Điện áp từ mạch ổn định: cộng trực tiếp vào điện áp đo được của AVR
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sử dụng chung Mạch ổn định dòng điện & Bộ phận bù phụ tải
155
Vận hành song song các máy phát điện
AVR AVR
AVR khong tai QU U I R= + ×
� Mạch ổn định dòng điện và Bộ phận bù phụ tải: có sơ đồ đấu nối cực tính dòng điện khác nhau (mạch ổn định dòng lấy thành phần dòng điện phản kháng)
� Trong đa phần các trường hợp: khi chỉ cần bù điện áp cho phụ tải theo thành phần IQ*X � Hai sơ đồ có thể dùng chung
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Việc điều chỉnh điện áp có thể thực hiện thông qua việc thay đổi đầu phân áp các máy biến áp
� Việc thay đổi đầu phân áp có thể thực hiện khi MBA đang mang tải hoặc đã cắt điện tùy theo cấu trúc bộ chuyển mạch�Chuyển đầu phân áp phải cắt tải: thường áp dụng cho các máy biến áp
trung áp hoặc hạ áp. Phạm vi điều chỉnh thường trong khoảng
156
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
5%±
�Chuyển đầu phân áp khi đang mang tải: thiết bị điều áp dưới tải (OLTC) . Phạm vi điều chỉnh thường trong khoảng 20%±
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nguyên lý làm việc của thiết bị điều áp dưới tải
157
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Với điện kháng (a) Với điện trở (b) Loại tổ hợp
Tiếp điểm D&S riêng biệt
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mô phỏng nguyên lý làm việc của thiết bị điều áp dưới tải
158
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sự cần thiết phải có thiết bị đổi nối trung gian
159
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Không có thiết bị đổi nối
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sự cần thiết phải có khâu hạn chế dòng điện
160
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Không có thiết bị hạn chế dòng điện
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hạn chế dòng điện bằng điện trở
161
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hạn chế dòng điện bằng điện trở
162
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chuyển đầu phân áp qua tiếp điểm trung gian phụ
163
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hạn chế dòng điện bằng điện kháng�Không tổn hao
�Có thể nằm trong mạch chuyển mạch – Không cần loại trừ sau khi chuyển mạch
164
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chuyển mạch bằng máy cắt chân không
�Các phương pháp chuyển mạch: xuất hiện hồ quang � dầu nhanh bị kém chất lượng
�Sử dụng thêm chuyển mạch bằng máy cắt chân không
165
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chuyển mạch bằng máy cắt chân không
166
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chuyển mạch bằng máy cắt chân không
167
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phương pháp trích đầu phân áp với MBA tự ngẫu
168
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
a. Số vòng của cuộn cao áp (H) là cố định – tỷ số vòng/volt sẽ cố định nếu điện áp cao áp cố định –Thích hợp nếu điện áp cao áp ít thay đổi
b. Thích hợp nếu điện áp cao áp thay đổi nhiều
Công tắc đảo chiều:
o Chỉ vận hành khi đầu phân áp tại vị trí N (neutral)
o Đảo chiều cực tính điện áp � điều chỉnh tăng/giảm
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Trích đầu phân áp gần điểm trung tính cuộn dây
169
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
� Các phương pháp trước lấy đầu phân áp lân cận vị trí X
� Phương pháp lấy đầu phân áp gần điểm trung tính: giảm được cách điện của thiết bị OLTC
� Tuy nhiên:
� Số vòng cuộn cao áp thay đổi theo vị trí đầu phân áp� Số vòng cuộn cao áp thay đổi theo vị trí đầu phân áp
� Không thích hợp sử dụng vì điện áp phía cao áp thường tương đối ổn định
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối của quá trình điều khiển thay đổi đầu phân áp
170
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Bộ điều khiển
Bộ chuyển mạch
Nấc phân áp
Máy biến áp
Biến động (nhiễu)
Tín hiệu điều khiển khác(vd: từ bộ điều khiển chủ đạo)
�Biến động (nhiễu): ví dụ sự thay đổi của tải, thay đổi cấu trúc lưới dẫn đến thay đổi điện áp
�Tín hiệu điều khiển khác: khi máy biến áp làm việc song song thì các bộ điều khiển có thể nhận tín hiệu điều khiển từ một bộ điều khiển chủ đạo (master)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ đấu nối của bộ điều khiển
171
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Các giá trị chỉnh định
� Mức điện áp cài đặt
Giá trị cài đặt thường cao hơn 5% để bù cho điện áp rơi trên đường dây
� Vùng không nhạy
Phải đảm bảo sao cho khi điều chỉnh một nấc phân áp thì mức thay đổi
172
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp MBA
Vùng không
nhạy105V
knU∆
một nấc phân áp thì mức thay đổi điện áp không được vượt quá ngưỡng không nhạy
Thời gian trễUδ
1 1 1 2( . . )kn
U Uδ∆ = ÷ ×
� Thời gian trễ:
Để tránh thiết bị làm việc liên tục khi có dao động điện áp ngắn hạn (vd: do động cơ khởi động) �đặt 30-60 giây
� Giữ điện áp tại điểm nút phụ tải:
Tương tự như trong thiết bị điều khiển kích từ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Lý do làm việc song song của các MBA:�Tăng khả năng tải
�Tăng cường mức độ dự phòng
�Dễ dàng khi cần bảo dưỡng một MBA
� Các vấn đề cần quan tâm�Khác tỷ số/ điện áp
173
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
�Khác tỷ số/ điện áp
�Khác tổng trở
�Bộ điều khiển không tương thích với nhau
�Tăng dòng ngắn mạch...
� Hậu quả khi phối hợp sai:�Tải phân bố không đều
�Dòng cân bằng chạy quẩn lớn� Quá tải, tăng tổn thất
�Bộ OLTC hoạt động nhiều: hao mòn, tăng giảm áp liên tục...
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Lý do cần phối hợp các bộ điều áp dưới tải�Sai lệch thời gian: một bộ điều áp hoạt động nhanh hơn các bộ khác
� Một MBA sẽ thay đổi đầu phân áp trước, MBA còn lại không thay đổi � hai MBA sẽ vận hành song song với các nấc phân áp khác nhau � sinh ra dòng cân bằng chạy quẩn giữa hai máy � phát nóng, quá tải, tăng tổn hao.
�Sai lệch cảm biến điện áp: tác hại tương tự
174
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
�Sai lệch cảm biến điện áp: tác hại tương tự
MBA 15MVA; Xk%=8.7;
Uthứ cấp=12.7kV
Lệch một nấc phân áp Icb=25A
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Yêu cầu đối với việc phối hợp�Các MBA song song: đảm bảo điều áp như đã cài đặt với một máy
�Nấc phân áp: được tự động lựa chọn sao cho dòng cân bằng chạy quẩn nhỏ nhất
� Các MBA có thể không cần thiết hoạt động tại cùng vị trí đầu phân áp
�Các chức năng phải tự động được đảm bảo: khi thay đổi cấu hình hệ thống
175
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các phương pháp phối hợp bộ điều khiển�Theo phương pháp bộ điều khiển chủ đạo/ phụ thuộc
(Master/Flolower)
�Phương pháp dòng cân bằng nhỏ nhất
176
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nguyên lý điều khiển chủ đạo/phụ thuộc
�Dựa theo giả thiết: giữ cùng nấc phân áp � dòng cân bằng nhỏ nhất
177
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chủ đạo/phụ thuộc – giữ cùng nấc phân áp�Chỉ áp dụng với các MBA giống nhau hoàn toàn
�Tỷ số BI có thể khác nhau
�Yêu cầu có phản hồi từ thiết bị được điều khiển (thường dùng các rơle trung gian)
178
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Khi có 01 bộ điều khiển Khi có 02 bộ điều khiển
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Nguyên lý dòng cân bằng nhỏ nhất�Sử dụng thêm thiết bị phụ trợ (Parallel Balancing Module)
�Thiết bị phụ trợ phân tách dòng điện chạy qua MBA:� Dòng tải thông thường – các dòng tải qua các MBA cùng pha với nhau
� Dòng cân bằng chạy quẩn – lệch pha 1800 giữa các MBA
179
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Sơ đồ đấu nối theo phương pháp dòng cân bằng nhỏ nhất Nguyên lý của khối cân bằng dòng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Ví dụ�Máy biến áp công suất 12 MVA – 13,8kV; Un=9%
�Phạm vi điều chỉnh của một nấc phân áp: 0,625%
180
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Mỗi máy mang tải 10MVA
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Ví dụ phương pháp nguyên lý dòng cân bằng nhỏ nhất181
Phối hợp sự làm việc song song các MBA
Cuộn thứ cấp nối tiếp �dòng điện cuộn sơ cấp K1&K2 phải bằng nhau
Cực tính dòng điện đưa vào rơle 90 (điều chỉnh đầu phân áp) khác nhau � các MBA chịu tác động điều chỉnh ngược nhau
Cuộn kháng: điều chỉnh độ nhạy bằng cách điều chỉnh tỷ lệ dòng vào rơle 90
Điều chỉnh tần số & Công suất tác dụng
Chương 06
182
Chương 1: Tự động đóng lại các nguồn điện
Chương 2: Tự động chuyển đổi nguồn điện
Chương 3: Tự động hòa đồng bộ các nguồn điện
Chương 4: Tự động sa thải phụ tải theo tần số
Chương 5: Tự động điều chỉnh điện áp & công suất phản kháng trong HTĐ
Chương 6: Tự động điều chỉnh tần số & công suất tác dụng trong HTĐ
tác dụng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tần số của hệ thống điện bắt buộc phải được duy trì:
� Vận hành với tần số dao động trong khoảng có thể cho phép trong khoảng thời gian ngắn (với điều kiện độ lệch giữa đồng hồ điện & đồng hồ thiên văn không quá 2 phút trong 24 giờ).
� Việc điều chỉnh tần số mang tính hệ thống, phương tiện điều chỉnh tần số là các máy phát điện
183
Giới thiệu chung
50 0 1. Hz±
0 2. Hz±
� Tại các tổ máy có trang bị các bộ điều tốc
� Bộ điều tần sẽ tác động thay đổi tham số đặt của các bộ điều tốc này trong quá trình điều khiển tần số.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Quá trình điều chỉnh tần số:
�Điều chỉnh sơ cấp: do các bộ điều tốc đảm nhận.� Bộ điều tốc được thiết kế để điều khiển duy trì tốc độ tua bin thông qua điều chỉnh
nguồn năng lượng sơ cấp (nước, hơi...) vào tuabin.
� Quá trình điều tốc sơ cấp có nhiệm vụ nhanh chóng ngăn chặn sự mất cân bằng công suất.
� Cuối quá trình điều tốc sơ cấp vẫn tồn tại một độ lệch tần số nhất định.
� Làm thay đổi trao lưu công suất trên các đường truyền tải
184
Giới thiệu chung
� Làm thay đổi trao lưu công suất trên các đường truyền tải
�Điều chỉnh thứ cấp: � Đưa tần số trở vệ định mức
� Điều chỉnh lại luồng công suất trao đổi giữa các khu vực theo một kế hoạch xác định trước.
� Phân bổ lại lượng công suất đã điều chỉnh giữa các tổ máy nhằm cực tiểu hóa chi phi vận hành.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thời gian của các quá trình điều chỉnh
185
Giới thiệu chung
Điều chỉnh điện áp
Điều khiển tuabin
Điều tần & dòng công suất
Bảo vệ rơle
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống điều tốc của các tuabin hơi
186
Sơ đồ khối
� Hoạt động
� Speed Governor: là bộ đo tốc độ, tín hiệu đầu ra là vị trí của thanh điều khiển – tỷ lệ với tốc độ thực của tuabin
� Vị trí của thanh này được so sánh (bằng cơ khí) với vị trí chuẩn � mức độ sai lệch vị trí – tỷ lệ với độ lệch tốc độ
� Tuy nhiên độ lệch này nhỏ: cần khuyếch đại về cả lực và khoảng lệch � dùng các bộ khuyếch đại “Speed Relay” và “Servo Motor”
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Máy điều tốc tuabin có nhiều loại: do cần thao tác điều khiển với lực lớn nên các cơ cấu thừa hành phần lớn được trợ giúp bằng thủy lực. Các bộ điều tốc khác nhau ở cơ cấu đo tốc độ
� Loại cơ khí: đơn giản nhất– dùng cơ cấu tay quay & quả văng để đo tốc độ
� Loại thủy lực: sử dụng một bơm dầu ly tâm – quay bởi tuabin. Bơm này sẽ bơm dầu vào một xi lanh có piston. Piston được cân bằng bởi lực lò xo. Áp lực dầu tỷ lệ với bình phương tốc độ quay � vị trí của piston tỷ lệ với tốc độ.
Loại dùng tín hiệu điện: tuabin quay một máy phát điện dùng nam châm vĩnh cửu.
187
Máy điều tốc tuabin
� Loại dùng tín hiệu điện: tuabin quay một máy phát điện dùng nam châm vĩnh cửu. Tín hiệu điện phát ra � bộ lọc với tần số cộng hưởng bằng tần số định mức. Đầu ra của bộ lọc được chỉnh lưu để cho ra điện áp một chiều tỷ lệ với độ lệch tốc độ.
Giải pháp khác: sử dụng máy phát xung vuông quay bởi tuabin. Tín hiệu xung vuông này được so sánh với tín hiệu từ một bộ dao động thạch anh chuẩn . Tín hiệu đầu ra của bộ so sánh cũng được chỉnh lưu �tín hiệu điều khiển.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Cơ cấu đo tốc độ kiểu cơ khí: tay quay-quả văng
188
Máy điều tốc tuabin
Tay quay
Quả văngLò xo
Trục quay
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Cơ cấu đo tốc độ kiểu cơ khí: các biến thể
189
Máy điều tốc tuabin
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Cơ cấu đo tốc độ kiểu thủy lực
190
Máy điều tốc tuabin
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Cơ cấu đo tốc độ sử dụng tín hiệu điện & quang điện
191
Máy điều tốc tuabin
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
Loại cơ khí (tay quay – quả văng)
192
Sơ đồ khối máy điều tốc tuabin
Centrifugal Governor: bộ đo tốc độ kiểu ly tâm (tay quay-quả văng)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN193
Sơ đồ khối máy điều tốc tuabin
Loại điện thủy lực
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
CCD: cơ cấu đặt
194
Máy điều tốc tuabin
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khi thiếu công suất – Tốc độ tuabin giảm đi
195
Máy điều tốc tuabin
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN196
Máy điều tốc tuabin
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN197
Máy điều tốc tuabin
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Vai trò của cơ cấu đặt (CCD)
198
Máy điều tốc tuabin
Để thay điểm đặt qua đó thay đổi công suất phát của tổ máy
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Vai trò của cơ cấu đặt (CCD)
199
Máy điều tốc tuabin
Khi đưa vị trí đặt lên cao hơn
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Vai trò của cơ cấu đặt (CCD)
200
Máy điều tốc tuabin
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Vai trò của cơ cấu đặt (CCD)
201
Máy điều tốc tuabin
� tăng công suất phát của tổ máy
Dầu áp lực vào
Dầu xả
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hoàn toàn tương tự với phần điều khiển kích từ các máy phát điện: để các máy phát có thể làm việc song song ổn định � đặc tính điều chỉnh của máy phát phải là loại phụ thuộc
202
Phối hợp sự làm việc song song các MFĐ
f
fđm
ff1
f2
� Các tổ máy có độ dốc ít hơn sẽ nhận nhiều công suất lớn hơn và ngược lại. -� đặc độ dốc đặc tính điều chỉnh tùy theo công suất máy phát.
� Thường độ dốc được đặt trong khoảng 2-8%
P PP1 P2
f2
P1’P2’
1P∆
2P∆
Đặc tính độc lậpĐặc tính phụ thuộc
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN203
Sơ đồ hệ thống điều tần trong HTĐ
SCADA
Chương 7
204
Tự động hóa trạm biếp áp &
Tự động hóa lưới điện phân phối(SCADA, Substation Automation & Automation for Power Distribution )
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tham khảo các slide gửi kèm
205
Giới thiệu chung
Thiết bị FACTS trong hệ thống điện (FACTS devices Introduction & Applications)
Chương 8
206
SVC (Brazil) - 500 kV, +/-250 MVAr
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt
� Hoặc Flexible Alternating Current Transmission System hay FACTS
� Định nghĩa của IEEE là: “hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ thống đường dây tải điện xoay chiều, qua đó,
207
Định nghĩa
thông số của hệ thống đường dây tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả năng điều khiển và khả năng truyền tải công suất”.
� Mục đích sử dụng thiết bị FACTS:�Truyền tải dòng điện xoay chiều
�Nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện
�Tăng khả năng truyền tải công suất
�Giải quyết các vấn đề chất lượng điện năng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phần tử cơ bản của thiết bị FACTS:�Các bộ nghịch lưu có điều khiển công suất lớn (Power Electronic
Switching Inverter)
�Bộ điều khiển (Controller)
�Bộ nguồn (có thể có hoặc không)
208
Giới thiệu chung
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN209
Tiến bộ của công nghệ điện tử công suất
Assembly of Chips in
IGBT
Pellet of GTO / IGCTPellet of LTT Thyristor
LTT = Light triggered Thyristor
GTO = Gate turn-off Thyristor
IGCT = Insulated Gate commutated Thyristor
IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sử dụng LTT Thyristor
210
Modun cho hệ thống HVDC
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thay thế các chỉnh lưu thủy ngân
211
Trạm chỉnh lưu 3,100 MW – Celilo (Mỹ) - HVDC
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN212
Hệ thống thyristor của hãng NARI
Khối điều khiển thyristor
Thyristor
Bộ tản nhiệt
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Phân loại sơ bộ thiết bị FACTS:
213
Phân loại
Kết nối song songKết nối nối tiếp Kết nối hỗn hợp
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Static VAR Compensator (SVC)
� Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
� Thyristor Controlled Phase shifting Transformer
� Static Synchronous Compensator (SSC)
� Static synchronous Series Compensator (SSSC)
214
Các thiết bị FACTS phổ biến
� Unified Power Quality Conditioner (UPQC)
� Unified Power Flow Controller (UPFC)
� Interline Power Flow controller (IPFC)
� …
Static Var Compensator (SVC)(FACTS devices Introduction & Applications)
215
SVC (Brazil) - 500 kV, +/-250 MVAr
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Chức năng của thiết bị bù tĩnh SVC�Giai đoạn mới xuất hiện:
� Bù và duy trì hệ số công suất cho các tải � các nhà máy luyện thép, lò hồ quang…
� Cân bằng tải
� SVC được sử dụng cho lưới truyền tải (cuối thập kỷ 70)Tăng khả năng truyền tải cho đường dây dài
216
Static VAR Compensator (SVC)
� Tăng khả năng truyền tải cho đường dây dài
� Cải thiện tính ổn định nhờ khả năng điều chỉnh nhanh điện áp
� Dập tắt các dao động tần số thấp (dao động điện)
� Khống chế quá điện áp
� Hoạt động:�Điều chỉnh điện áp: thay đổi lượng CSPK phát/tiêu thụ vào hệ thống
�Điều chỉnh liên tục trong phạm vi –Q � + Q
�Không gồm các phần quay � quán tính điều chỉnh rất nhỏ
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Cấu tạo�Thyristor Controlled Reactor (TCR) – Kháng có điều khiển
�Thyristor Switched Capacitor (TSC) – Tụ đóng/cắt bằng thyristor
217
Static VAR Compensator (SVC)
� Bộ tụ đóng/cắt: điều chỉnh thô, nhảy cấp
� Kháng có điều khiển: điều chỉnh trơn
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Đấu nối với hệ thống�Các bộ SVC thường được nối lên đường dây qua máy biến áp (coupling
transformer)
�Các máy biến áp giảm điện áp xuống cấp thích hợp ( ví dụ từ 220kV�23kV)
�Giảm chi phí về cách điện cho SVC
218
Static VAR Compensator (SVC)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Ví dụ
219
Static VAR Compensator (SVC)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Sơ đồ khối của phần điều khiển
220
Thuật toán điều khiển đơn giản
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khối đo lường
�Đo điện áp � lọc ra thành phần điện áp thứ tự thuận
� Khối điều chỉnh điện áp:
�Dựa trên sai khác điện áp �
221
Thuật toán điều khiển đơn giản
�Dựa trên sai khác điện áp �tính toán tổng dẫn B cần có của SVC để bù sai khác này
� Khối lựa chọn:
� Xác định xem bao nhiêu khối TSC sẽ cần đóng vào
�Xác định góc mở của thyristor trong mạch TCR
� Khối đồng bộ & phát xung điều khiển thyristor:�Đồng bộ điện áp sử dụng
mạch PLL (Phase-Locked Loop)
�Tạo xung điều khiển đóng/mở
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Mạch PLL (Phase-Locked Loop)�Có nhiệm vụ phát ra tín hiệu
được đồng bộ về góc pha với tín hiệu đầu vào (reference signal)
222
Thuật toán điều khiển đơn giản
Va
Vb
Vc
Va
Vb
Vc
Phase-LockedLoop
thetatheta
Main : Graphs
0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 ...
... ...
-200
-100
0
100
200
300
400
y
Va Theta
Kết quả mô phỏng mạch PLL
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� SVC có hai chế độ vận hành�Chế độ điều chỉnh điện áp (voltage regulation)
�Chế độ điều chỉnh công suất (VAR control): giữ tổng dẫn không đổi
223
Đặc tính làm việc V-I của SVC (chế độ xác lập)
Độ dốc đặc tính 1÷5%
Đặc tính làm việc ở chế độ điều chỉnh điện áp
Giới hạn theo dung lượng tụ
Biểu diễn quan hệ giữa điện áp trên SVC và dòng điện (công suất phản kháng của SVC)
Giới hạn theo dung lượng kháng điện
Độ dốc đặc tính 1÷5%
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Độ dốc của đặc tính�Đảm bảo sự hoạt động song song giữa các bộ
SVC & với các thiết bị bù khác
�Ngăn ngừa việc SVC làm việc hết công suất thường xuyên
� Xác định điểm làm việc của SVC
224
Đặc tính làm việc V-I của SVC (chế độ xác lập)
Xác định điểm làm việc của SVC
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN225
Thuật toán điều khiển nâng cao
� Với thuật toán điều khiển đơn giản
�SVC phản ứng với tín hiệu độ lệch điện áp � điều chỉnh lượng CSPK phát ra
�Với sự cố lớn, SVC sử dụng hầu hết khả năng phát CSPK
�Khi sự cố tiếp theo: SVC không còn khả năng phản ứng
�Cần có thuật toán điều khiển: đưa giá trị phát của SVC về giá trị mặc định (rất nhỏ) để chờ lần làm việc kế tiếp
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Thuật toán điều khiển nâng cao�Cần có thuật toán điều khiển:
� Đưa giá trị phát của SVC về giá trị mặc định (rất nhỏ) để chờ lần làm việc kế tiếp
�Thời gian tác động của khâu điều khiển này:� Rất chậm (hàng chục giây hoặc hàng phút)
Không ảnh hưởng tới tính năng điều chỉnh nhanh điện áp của SVC
226
Thuật toán điều khiển nâng cao
� Không ảnh hưởng tới tính năng điều chỉnh nhanh điện áp của SVC
�Khi SVC phát trở về giá trị mặc định ban đầu� Các thiết bị phát CSPK khác ở lân cận sẽ đảm nhận phần SCPK thiếu hụt (các bộ
tụ bù)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khâu điều chỉnh điện áp tương tự như thuật toán điều khiển đơn giản
� Khâu điều chỉnh công suất VAR (giữ tổng dẫn không đổi):
� So sánh giá trị tổng dẫn thực
227
Thuật toán điều khiển nâng cao
� So sánh giá trị tổng dẫn thực tế với giá trị đặt (Bset)
� Giá trị Bset thường tương đương với lượng CSPK do bộ lọc sóng hài trong SVC phát ra
� Sai số được đưa qua khâu tích phân � tín hiệu điện áp hiệu chỉnh tới bộ so sánh
� Khâu điều chỉnh này hoạt động với hằng số thời gian lớn (hàng chục giây hoặc vài phút)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Khâu điều chỉnh công suất VAR (giữ tổng dẫn không đổi):
� Chức năng này có thể tạm bị khóa khi có biến động điện áp lớn để tận dụng toàn bộ công suất của SVC
228
Thuật toán điều khiển nâng cao
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển các thiết bị bù ngoại vi
� Khi SVC được điều khiển trả về giá trị tổng dẫn mặc định � các thiết bị bù khác phải gánh phần CSPK
� Trang bị thêm khâu điều khiển liên động tới thiết bị bù ngoại
229
Thuật toán điều khiển nâng cao
liên động tới thiết bị bù ngoại vi
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
1. Điểm hoạt động bình thường: giao cắt giữa đặc tính tải của hệ thống và đặc tính của SVC
2. Xảy ra biến động � điện áp giảm một lượng ∆VT � SVC nhanh chóng di chuyển điểm làm việc tới 2 dưới tác dụng của khâu điều chỉnh điện áp
3. Nếu biến động điện áp vẫn duy trì trong
230
Phân tích hoạt động
3. Nếu biến động điện áp vẫn duy trì trong thời gian đủ lớn � tín hiệu của khâu tích phân đủ lớn � sẽ tác động điều chỉnh đưa điểm làm việc về 3
4. Do đó:
1. Điện áp bị giảm dưới ngưỡng mong muốn
2. SVC vẫn còn khả năng dự trữ để hoạt động
5. Các thiết bị bù lân cận có thể được đưa vào phụ trợ thêm.
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN231
Logic khóa khi thấp áp
� Lý do khóa SVC khi xảy ra thấp áp trầm trọng
� Khi xảy ra sự cố � điện áp sụt trầm trọng � SVC vận hành ở chế độ thuần dung kháng � khi sự cố được loại trừ � có thể gây quá áp
� Cần khóa SVC khi điện áp sụt qua thấp
� Logic thực hiện
� Khi điện áp 3 pha giảm quá UVmin (thường đặt 60%):� Chức năng điều chỉnh điện áp bị khóa (bằng cách gán Bref=0)
� Khóa van thyristor thao tác đóng/cắt các bộ tụ (TSC)
� Chức năng điều chỉnh VAR cũng bị khóa
� Khi điện áp hồi phục trên ngưỡng UVmax (thường đặt 69%) đủ lâu (30ms):� Bỏ tín hiệu khóa {chức năng điều chỉnh điện áp & đóng/cắt bộ tụ}
� Sau đó (170ms): mở khóa chức năng điều chỉnh chậm VAR
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN232
Mô hình hóa SVC
� Mức độ phức tạp của mô hình SVC tùy theo mục đích nghiên cứu
� Các mục đích nghiên cứu:
� Tính toán trào lưu công suất (Power Flow)
� Mô hình tính toán khi có các biến động lớn & nhỏ
� Nghiên cứu hiện tượng quá độ điện từ (EMTP)
� Nghiên cứu vấn đề sóng hài và chất lượng điện năng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN233
Mô hình hóa SVC
� Mô hình sử dụng khi tính chế độ lưới (chế độ xác lập)
� Trong phạm vi điều chỉnh� Bỏ qua độ dốc đặc tính điều khiển
� SVC được mô phỏng như một nút PV với P=0 & V=Vref
� Nếu độ dốc đặc tính cần tính tới: Sử dụng mô hình như trên
� Chèn thêm một thanh góp giả tưởng vào sờ đồ
Thanh góp giả tưởng nối tới thanh góp SVC bằng một điện kháng tương ứng với độ dốc đặc � Thanh góp giả tưởng nối tới thanh góp SVC bằng một điện kháng tương ứng với độ dốc đặc tính điều khiển
Mô hình mô phỏng có xét đế độ dốc đặc tính điều chỉnh
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN234
Mô hình hóa SVC
� Mô hình sử dụng khi tính chế độ lưới (chế độ xác lập)
� Ngoài phạm vi điều chỉnh� Nếu ISVC> Imax (về phía điện kháng)
� Nếu V < Vmin (về phía điện dung)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN235
Mô hình hóa SVC
� Mô hình sử dụng khi xét đến các kích động lớn & nhỏ
� Nếu xem xét vấn đề ổn định do các dao động điện cơ � Bỏ qua mô phỏng các quá trình quá độ điện từ trong mô hình của SVC
� Thay thế SVC bằng một tổng dẫn thay đổi� Dòng điện qua SVC theo quan hệ với tổng dẫn
� Ma trận tổng dẫn phải cập nhật sau mỗi lần tính
� Thay thế SVC bằng một nguồn dòng biến thiên� Dòng điện qua SVC theo quan hệ với tổng dẫn
� Ma trận tổng dẫn không cần cập nhật nếu SVC được mô phỏng như nguồn dòng (biếp thiên)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN236
Kết quả mô phỏng hoạt động của SVC
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)(FACTS devices Introduction & Applications)
237
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tụ bù dọc có điều khiển
238
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
Mô hình lý thuyết đơn giản
MOV
� Máy cắt: để đưa TCSC vào hoạt động/cắt ra khỏi lưới khi có yêu cầu hoặc sự cố.
� ðiện kháng hạn chế dòng ñiện (L)
� Bảo vệ cho bộ tụ: gồm nhiều cấp
� MOV (metal-oxide varistor): điện trở phi tuyến đấu song song� bảo vệ chống quá áp
� Ngắn mạch duy trì � dòng điện lớn có thể làm hỏng MOV� khe mồi phóng điện K sẽ hoạt động � Dòng ngắn mạch sẽ chạy qua K và máy biến dòng � nếu tới ngưỡng tác động � đưa tín hiệu đóng máy cắt MC � nối tắt các phần tử
� Khi đó dao cách ly có thể đóng lại để nối tắt lâu dài TCSC
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tụ bù dọc có điều khiển
239
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
Mô hình lý thuyết đơn giản
Mô hình thực tế: bao gồm cả các thiết bị bảo vệ
Thiết bị TCSC đầu tiên hoạt động năm 1996
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� TCSC gia tăng tính điều khiển của HTĐ�Tăng khả năng tải của đường dây
�Cải thiện sự vận hành ổn định của HTĐ
� Dập dao động (damping) tần số thấp
�Ngăn ngừa sụp đổ điện áp (điều khiển điện áp)
� Điều khiển dòng công suất
240
Ứng dụng của TCSC
� Điều khiển dòng công suất
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Tăng cường ổn định của HTĐ
241
Ứng dụng của TCSC
Công suất truyền tải trên đường dây:
� Đường B: đặc tính công suất của máy phát trong CĐXL� Đường B: đặc tính công suất của máy phát trong CĐXL
� Đường A & C: đặc tính công suất ứng với Xcmax & Xcmin
� Tại thời điểm cắt ngắn mạch � TCSC được điều khiển tới giá trị Xcmax � nâng đặc tính công suất lên đường A �
diện tích hãm tốc tăng � đảm bảo ổn định hệ thống với góc lệch cho phép tới δmax (nếu không điều khiển � góc lệch có thể tăng tới δk hoặc mất ổn định nếu B thấp hơn)
� Tại thời điểm góc lệch bắt đầu giảm � cần điều chỉnh TCSC thể hiện Xcmin để giảm diện tích gia tốc (theo chiều âm) � dao dộng góc lệch chỉ giảm tới δmin
� Sau 4 lần TCSC tác động thì hệ thống về ổn định quang giá trị cân bằng
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� TCSC gia tăng tính điều khiển của HTĐ� Điều khiển dòng công suất, giảm tổn thất
242
Ứng dụng của TCSC
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các chế độ hoạt động
� Nguyên lý hoạt động: tổng trở của hệ thống bù dọc
243
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
� Nguyên lý hoạt động: tổng trở của hệ thống bù dọc
� Thay đổi giá trị điện kháng thông qua góc mở của thyristor
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các chế độ hoạt động� Chế độ thyristor được mở hoàn toàn
� Dòng điện là hình sin
� Tổng trở của TCSC có tính cảm kháng do điện dẫn B của kháng thường chọn lớn hơn của bộ tụ
� Dòng điện hầu hết đi qua cuộn kháng và chỉ một phần nhỏ chạy qua bộ tụ � có tác dụng bảo vệ bộ tụ chống quá áp khi có qúa độ dòng điện.
244
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các chế độ hoạt động� Chế độ thyristor khóa hoàn toàn
� Van thyristor không hoạt động
� TCSC thể hiện tính dung kháng: của tụ bù cố định
245
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
� TSCS không thể hiện vai trò trong chế độ hoạt động này
� Chế độ này thường ít dùng (waiting mode)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Các chế độ hoạt động� Chế độ thyristor có điều khiển
� Van thyristor thay đổi góc đóng mở trên dải rộng
� TCSC thể hiện tính dung kháng hoặc cảm kháng: tùy theo góc mở của van thyristor
246
Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển theo tổng trở�Thường sử dụng chế độ điều khiển không phản hồi (open loop
control)
�Là chế độ phổ biến nhất � điều khiển dòng công suất trên đường dây
247
Thuật toán điều khiển TSCS
�Giá trị mong muốn của mức độ bù
�Hoặc dòng công suất mong muốn
Điều khiển giữ tổng trở không đổiKhâu trễ do
phản ứng
của TCSC
(~15ms)
Điện kháng tham chiếu Xref
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển theo dòng điện không đổi (constant current)�Thường sử dụng chế độ điều khiển có phản hồi (closed-loop control)
�Giá trị dòng điện cần duy trì � đại lượng tham chiếu
248
Thuật toán điều khiển TSCS
Ia,b,c � chỉnh lưuIa,b,c � chỉnh lưu� Qua bộ lọc
Dòng điện tham chiếu
Khâu điều khiển PI
Khâu hạn chế điện dẫn
Khâu chuyển đổi sang tín hiệu
đóng/mở thyristor
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển theo dòng điện không đổi (constant current)�Thường sử dụng chế độ điều khiển có phản hồi (closed-loop control)
�Giá trị dòng điện cần duy trì � đại lượng tham chiếu
249
Thuật toán điều khiển TSCS
�Khâu lựa chọn chế độ vận hành:� Dùng để bảo vệ TCSC
� Khi có ngắn mạch: thyristor mở hoàn toàn (bypass mode) để hạn chế quá áp
� Trong quá trình loại trừ sự cố, TCSC ở chế độ chờ (waiting mode)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển theo góc truyền tải không đổi (constant angle)�Thích hợp sử dụng khi đường dây có TCSC vận hành song song với
đường dây khác
�Mục tiêu điều khiển: trong các tình huống sự cố của hệ thống� Giữ công suất trên đường dây song song không đổi
� Cho phép công suất trên đường dây có TCSC thay đổi
Để giữ không đổi dòng công suất phải duy trì góc truyền tải (góc
250
Thuật toán điều khiển TSCS
�Để giữ không đổi dòng công suất � phải duy trì góc truyền tải (góc lệch δ)
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển tích hợp thêm chức năng dập tắt dao động�Mục tiêu điều khiển:
� Dập tắt nhanh chóng các dao động tần số thấp
�Tín hiệu dòng điện � qua khâu vi phân � đưa thêm vào mạch điều khiển
251
Thuật toán điều khiển TSCS
Nguyễn Xuân Tùng Bộ môn Hệ thống điện – ĐHBK HN
� Điều khiển theo dòng công suất không đổi (constant power flow)�Mục tiêu điều khiển: giữ dòng công suất không đổi trên đường dây
252
Thuật toán điều khiển TSCS
Tính công suất
Qui đổi về hệ đv tương đối
Khâu trễ
Giá trị công suất tham chiếu
STATCOM (hoặc SSC)(Static Synchronous Compensator)
253
100MVA STATCOM Installed at 345kV Substation, Korea