Tải bản đầy đủ
Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ

Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ

Tải bản đầy đủ

19

Máy phát đồng bộ là một phần của hệ thống điện ba pha gồm nhiều máy phát
nối song song, nó được hòa đồng bộ với hệ thống ngay cả khi động cơ sơ cấp bị sự
cố. Khi đó công suất tác dụng chạy theo chiều ngược lại từ hệ thống vào máy phát,
lúc này máy phát vận hành như một động cơ điện tiêu thụ công suất của hệ thống.
Máy phát nhận công suất cho động cơ sơ cấp hoạt động. Sự nguy hiểm của chế độ
này đối với các máy phát nhiệt điện là tua bin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén
lượng hơi thừa trong tua bin làm cho cánh tua bin có thể nóng quá mức cho phép.
Đối với các máy phát điêzen chế độ này có thể làm nổ máy.
Để bảo vệ chống chế độ công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất
tác dụng của máy phát điện. Yêu cầu rơ le hướng công suất phải có độ nhạy cao để
phát hiện được luồng công suất ngược với trị số khá bé để đảm bảo an toàn cho
động cơ sơ cấp. Hệ thống này ngăn chặn hư hại cho động cơ sơ cấp khi chiều công
suất tác dụng đảo ngược gây hư hỏng động cơ sơ cấp.

Hình 1-6. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
(Hình 1-6). là sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ công suất ngược cho
máy phát. Trong sơ đồ này, dòng điện của một pha và điện áp pha đo được đi qua
một biến dòng và một biến điện áp để giảm giá trị dòng và áp đưa vào rơ le. Dòng
điện và điện áp được dùng để xác định độ lớn và chiều của công suất trên một pha
của hệ thống. Tác động của bảo vệ có hướng phụ thuộc vào hai yếu tố: dòng điện
và hướng của công suất chạy qua bảo vệ. Khi công suất tác dụng ngược đủ lớn, rơ
le sẽ tác động và loại bỏ máy phát ra khỏi hệ thống điện.

20

‫ ٭‬Tóm tắt bài thí nghiệm
Phần đầu của bài thực hành, lắp đặ các thiết bị lên EMS Workstation và Protective
Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như hình MĐ 36-01-07 và MĐ 36-01-08.
Trong sơ đồ này máy phát đồng bộ được nối với nguồn ba pha. Hệ thống bảo vệ
công suất ngược bao gồm một biến dòng, một biến điện áp và một rơ le bảo vệ
công suất ngược. Khi công suất tác dụng đổi chiều, rơ le công suất ngược tác động.
Quá trình cắt dòng điện trong cuộn phụ của rơ le bắt đầu và làm cho công tắc tơ
CR1 và CR2 mở, kéo theo làm mất kết nối từ máy phát điện tới tải và hở mạch kích
từ của máy phát để dừng việc phát điện, sự cố được loại bỏ.
Mở công tắc tơ CR3 để ngăn chế độ hoạt động của hệ thống bảo vệ công
suất ngược. Máy phát cung cấp cho hệ thống, giảm điện áp trên động cơ sơ cấp để
tạo sự cố giả trên động cơ. Điều này cho phép ta có thể quan sát được sự hoạt động
của hệ thống bảo vệ. Đóng công tắc tơ CR3 để cho phép hệ thống bảo vệ hoạt động
trở lại. Tạo lại sự cố giả trên động cơ sơ cấp để quan sát sự tác động của hệ thống
bảo vệ công suất ngược.
2.3.Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometter, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Potential Transformer,
Power Diodes, Synchronous Module, Three-Phase Wattmeter/Varmeter, AC
Ammeter, AC Volmeter, DC Volmeter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective
Relaying Control Station, dây đai, dây cáp.
2.4.Trình tự thí nghiệm
1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha.
Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off)
sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station.
2. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometter, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Potential
Transformer,
Power
Diodes,
Synchronous
Module,
Three-Phase
Wattmeter/Varmeter, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmeter/ Ammeter lên
trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và
Primer Mover/ Dynatometter.
Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0.

21

Trên Current Transformers, chắc chắn rằng tất cả các công tắc được đặt ở ví
trí 1 (close) để ngắn mạch phía thứ cấp của các máy biến dòng.
3. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometter
tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Bảo vệ công suất ngược cho máy phát đồng bộ
4. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation
tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp.
Kết nối các thiết bị như (hình 1-7 và 1-8).

22

Hình 1-7. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

Hình 1-8. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station.
5. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí giữa (mid)
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE………………………… PRIME MOVER
Công tắc DISPLAY…………………………………SPEED
Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 và S2………………………………….O (open)
Trên Synchronous Module
Công tắc S1 ………………………………………...…….O (open)
Các biến dòng phải được nối như trong hình MĐ 36-01-07 và MĐ 36-01-08,
sau đó chỉnh máy biến dòng CT1 trên Current Transformer ở vị trí O (open).
6. Điều chỉnh giá trị đặt và thời gian trì hoãn của rơ le công suất ngược lần
lượt là 2% và 0s.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí O (open) để mở
công tắc tơ CR3. Nó sẽ ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ công suất
ngược và cho phép rơ le công suất ngược hoạt động để quan sát.

23

7. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để động cơ
sơ cấp quay ở tốc độ nhỏ hơn 50 vòng/phút so với tốc độ định mức của máy phát
điện xoay chiều đồng bộ.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện
áp dây của máy phát đồng bộ gần bằng giá trị định mức.
Bóng đèn trên Synchronizing Module chớp tắt đồng bộ cho biết máy phát
mắc đúng thứ tự pha với nguồn ba pha. Nếu không tắt nguồn và đổi đầu hai cực 4
và 5 của Synchronous Module, sau đó mở nguồn.
8. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp sao cho bóng
đèn trên Synchronizing Module chớp tắt đồng bộ đến khi sự chớp tắt diễn ra rất
chậm. Điều này cho thấy tần số của máy phát đồng bộ gần bằng với nguồn.
Trên Synchronizing Module, bật công tắc S1 tại vị trí 1 (close) để nối máy
phát với nguồn ba pha. Máy phát bây giờ được hòa đồng bộ với nguồn ba pha.
9. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo chiều kim
đồng hồ đến khi dòng điện I1 xấp xỉ gần bằng giá trị đầy tải của máy phát. Công
suất tác dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter phải là giá trị dương,
có nghĩa là máy phát cung cấp (phát) cho nguồn ba pha.
Trên Synchronous Motor/ Generator, chỉnh núm EXCITER sao cho công
suất phản kháng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter bằng 0.
10. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo hướng
ngược chiều kim đồng hồ để giảm điện áp cấp vào động cơ sơ cấp bằng 0 và coi
như động cơ sơ cấp bị sự cố. Trong chế độ này ta quan sát đèn LED ( tín hiệu tác
động của rơ le) trên Reverse Power Relay và công suất tác dụng trên Three-Phase
Wattmeter/Varmeter.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi động cơ bị sự cố
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11. Trên Power Supply, chỉnh núm điều chỉnh điện áp sao cho công suất tác
dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter là dương và dòng điện của máy
phát đồng bộ xấp xỉ bằng giá trị định mức.
Chỉnh định giá trị đặt trên Reverse Power Relay khoảng 16%.
Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo hướng
ngược chiều kim đồng hồ để giảm điện áp cấp vào động cơ sơ cấp bằng 0. Trong
khi làm thì quan sát đèn LED trên Reverse Power Relay và công suất tác dụng trên
Three-Phase Wattmeter/Varmeter.

24

Miêu tả hiện tượng xảy ra khi động cơ bị sự cố. Giải thích ngắn gọn
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12. Trên Reverse Power Relay giảm từ từ giá trị đặt xuống 2% đồng thời
quan sát tín hiệu LED mô tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Điều đó có phù hợp với sự giải thích phần trước không?
13. Trên Power Supply, chỉnh núm điều chỉnh điện áp sao cho công suất tác
dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter là dương và dòng điện của máy
phát đồng bộ xấp xỉ bằng giá trị định mức.
Trên Control Relay 1 của Protective Relaying Control Station, ấn nút RESET
của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ công suất ngược.
Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S3 ở vị trí 1 (close) để đóng công
tắc tơ CR3. Điều này cho phép hệ thống bảo vệ công suất ngược hoạt động để và rơ
le công suất ngược hoạt động để quan sát.
Chỉnh thời gian trì hoãn của Reverse Power Relay xấp xỉ 2 giây.
14. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo hướng
ngược chiều kim đồng hồ để giảm điện áp cấp vào động cơ sơ cấp bằng 0 và coi
như động cơ sơ cấp bị sự cố. Đồng thời quan sát LED trên Reverse Power Relay và
công suất tác dụng trên Three-Phase Wattmeter/Varmeter.
Tắt nguồn Power Supply.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi động cơ bị sự cố
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------15. Trên Power Supply, tắt nguồn 24V AC.
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các dây nối và cáp.

2.5.Kết luận
Qua bài thực tập này ta biết được bảo vệ công suất ngược cho máy phát là
cần thiết. Bảo vệ công suất ngược có thể thực hiện với một rơ le công suất ngược,

25

một biến dòng và một biến điện áp. Khi máy phát nhận công suất ngược từ hệ
thống, rơ le công suất ngược tác động và cắt máy phát ra khỏi hệ thống để tránh hư
hỏng cho động cơ sơ cấp.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Trình các bước thí nghiệm bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều
đồng bộ ?
2. Trình bầy các bước thí nghiệm bảo vệ chống lại các sự cố pha chạm đất và sự cố
chạm pha – pha ?
3.Trình bầy các bước thí nghiệm bảo vệ công suất ngược cho máy phát đồng bộ?

26

BÀI 2:BẢO VỆ SỰ CỐ CHẠM ĐẤT ROTOR, CHỐNG MẤT KÍCH TỪ
VÀ BẢO VỆ QUÁ ÁP CHO MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ
Mã bài:19-02
Giới thiệu:
Mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ là một mạch DC độc
lập, nó không cần phải nối đất. Khi sự cố chạm đất xảy ra cuộn dây kích từ bị nối
tắt, dòng điện chạy qua chỗ cách điện bị đánh thủng có thể rất lớn làm hỏng cuộn
dây và phần thân của rotor bị sự cố.
Vì vậy bài học này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng về bảo
vệ sự cố chạm đất Rotor, chống mất kích từ và bảo vệ quá áp cho máy phát điện
xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Trình bày được các biện pháp bảo vệ khác nhau dùng để bảo vệ cho máy
phát điện xoay chiều đồng bộ.
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ chống lại các sự cố chạm đất. chống mất kích
từ và chống lại sự cố quá điện áp dùng để bảo vệ cho máy phát điện xoay chiều
đồng bộ.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an
toàn cho người và thiết bị.
1.Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay
chiều đồng bộ
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
1.1.Mục đích thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này, giúp người học làm quen với hệ
thống bảo vệ cuộn quấn kích từ của máy phát điện đồng bộ chống lại các sự cố
chạm đất.
1.2. Tóm tắt lý thuyết
Mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ là một mạch DC độc
lập, nó không cần phải nối đất. Khi sự cố chạm đất xảy ra ở cuộn dây kích từ ( hình
2-1a) không có dòng điện sự cố, máy phát vẫn có thể tiếp tục làm việc. Tuy nhiên
khi xảy ra chạm đất tại điểm thứ hai ( hình 2-1b), một phần của cuộn dây kích từ bị
nối tắt, dòng điện chạy qua chỗ cách điện bị đánh thủng c ó thể rất lớn làm hỏng

27

cuộn dây và phần thân của rotor bị sự cố. Ngoài ra có thể dẫn đến một số hậu quả
xấu khác như:
- Dòng điện mạch kích từ tăng cao.
- Từ trường của rotor bị méo làm cho sóng điện áp do máy phát tạo nên không
còn dạng hình sin và làm máy bị rung.
- Từ thông không đối xứng làm cho trục máy bị từ hóa.
- Dòng điện chạy trong thân rotor có thể khép mạch qua ổ trục và gối đỡ, có thể
làm hỏng các bộ phận này và

Hình 2-1. Chạm đất tại 1 điểm, 2 điểm

- Trong một số trường hợp có thể ảnh hưởng đến cả tuabin.
(Hình 2-1). Sự cố chạm đất trên cuộn dây kích từ của máy phát điện
Có ba phương pháp được sử dụng để phát hiện ra sự cố chạm đất trên cuộn dây
rotor như sau:
- Phương pháp cầu chia điện thế.
- Phương pháp dùng nguồn phụ AC.
- Phương pháp dùng nguồn phụ DC.
Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng. Trong bài thí nghiệm này
chúng ta sử dụng phương pháp cầu chia điện thế.
(Hình 2-2).Miêu tả sơ đồ đơn giản của một hệ thống sử dụng phương pháp
cầu phân thế để bảo vệ cuộn dây rotor của máy phát điện chống lại sự cố chạm đất.
Hệ thống bảo vệ gồm một cầu phân áp bằng điện trở ( R1 và R2 ) được nối song
song với cuộn dây kích từ và rơ le cảm ứng điện áp ( loại rơ le quá áp) được nối