Tải bản đầy đủ
Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Tải bản đầy đủ

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

28

giữa cầu phân áp và đất. Các điện trở R1 và R2 có giá trị bằng nhau. Khi xảy ra sự
cố chạm đất, điện áp một chiều đi qua rơ le bảo vệ, rơ le tác động.

Hình 2-2. Sơ đồ hệ thống bảo vệ chống chạm đất
Giá trị điện áp đặt trên rơ le phụ thuộc vào vị trí của điểm chạm đất trên cuộn
dây kích từ. Điện áp này đạt cực đại khi sự cố xảy ra tại các đầu cuộn dây và bằng
0 khi sự cố xảy ra ở giữa cuộn dây. Do đó một vùng ở giữa cuộn dây khi có sự cố
sẽ có điện áp không đủ lớn để rơ le bảo vệ tác động. Vì vậy vùng này không được
bảo vệ. Để đảm bảo sự cố được loại bỏ trên toàn cuộn dây, người ta sử dụng
phương pháp chủ yếu là thay thế vùng không được bảo vệ bằng cách thay đổi các
điện trở R1 và R2. Điều này làm di chuyển vùng không tác động của bảo vệ tới các
đầu của cuộn dây quấn. Sự thay thế vùng không được bảo vệ này có thể thực hiện
bằng tay trong khoảng thời gian đều đặn bởi các nhân viên giám sát, hoặc một cách
tự động bằng các phương tiện điện tử.
‫ ٭‬Tóm tắt thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation
và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như (hình 2-3 và 2-4). Trong mạch này máy
phát đồng bộ cung cấp công suất cho một tải trở ba pha cân bằng. Máy phát điện
được trang bị hệ thống bảo vệ chống chạm đất rotor gồm có hai điện trở ( R5 và R6
) và một rơ le cảm ứng điện áp. Khi sự cố xảy ra trên cuộn dây kích từ, điện áp đặt
trên rơ le xuất hiện. Rơ le bảo vệ tác động khi điện áp này đủ lớn. Nó tạo ra dòng
điện chạy trong rơ le điều khiển CR1, công tắc CR1-C đóng, ghi nhận sự cố. Nút
RESET sáng lên để tạo báo động.
Ta sẽ tạo một sự cố chạm đất tại đầu âm của cuộn dây kích từ và quan sát
vận hành của hệ thống bảo vệ rotor chống chạm đất.

29

1.3.

Thiết bị thí nghiệm

Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Current Transformers, Resistor Loads, Power Diodes, AC Ammeter,
AC Volmeter, DC Volmetter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying
Control Station, dây đai, dây cáp.
1.4.

Trình tự thí nghiệm

1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha
và DC Power Supply của Protective Relaying Control Station đang tắt.
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. Đặt trên Universal Fault Module như sau:
TD1 thời gian trì hoãn……………………………………….~1 s
SST1 thời gian tạm nghỉ……………………………………..~3 s
SST2 thời gian tạm nghỉ……………………………………~10 s
3. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Current Transformers, Resistor Loads, Power Diodes, AC Ammeter,
AC Volmeter, DC Volmetter/ Ammeter lên trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và
Primer Mover/ Dynatometer.
Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0.
4. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometer
tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Trên Power Supply bật nguồn 24V AC.
Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện đồng bộ
5. 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 MĐ 36-02-03 và MĐ 36-02-04.

30

Hình 2.3. Sơ đồ kết nối của thiết bị trên EMS Workstation

31

Hình 2.4. Sơ đồ kết nối của thiết bị trên Protective Relaying Control Station
6. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..…………….vị trí MAX
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE…………….…….……… PRIME MOVER
Công tắc DISPLAY……………….…………………SPEED
Trên AC/DC Current Sensitive Relay
Công tắc INPUT……………………………………..…...AC
Công tắc MODE…………………………OVER CURRENT
Trên Universal Fault Module
Nút INITIATE FAULT…………………………….vị trí nhả
Công tắc FAULT DURATION…………………….0,05 – 5s
7. Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện và sai số của AC/DC Current Sensitive
Relay lần lượt là 30V và 5%.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
8. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để Primer
Mover quay ở tốc độ xấp xỉ với tốc độ định mức của máy phát điện xoay chiều
đồng bộ.

32

Điện áp dây của máy phát điện đồng bộ phải thấp hơn giá trị định mức. Dòng
điện pha phải thấp hơn dòng điện đầy tải định mức của máy phát điện.
9. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
chạm đất tại đầu âm của cuộn kích từ ( cực số 8 trên Synchronous Motor/
Generator). Cùng lúc đó, quan sát giá trị điện áp DC cấp cho ngõ vào INPUT của
AC/DC Current Sensitive Relay ( được chỉ thị bởi Volt kế E4) và tín hiệu tác động
( LED đỏ) trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Universal Fault Module, nhấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
chạm đất tại đầu âm của cuộn dây kích từ. Cùng lúc đó quan sát giá trị của dòng
điện kích từ ( được chỉ thị bởi I4), điện áp dây và dòng điện pha của máy phát.
Sự cố chạm đất trên cuộn dây quấn kích từ ảnh hưởng như thế nào đến quá
trình vận hành của máy phát đồng bộ?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relay 1 Protective Relaying Control Station, nhấn nút RESET
của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ sự cố chạm đất rotor.
12. Chỉnh giá trị trở kháng của điện trở R6 là 629Ω. Điều này làm cho vùng
không được bảo vệ di chuyển tới đầu âm của cuộn kích từ.
13. Trên Universal Fault Module, nhấn nút INITIATE FAULT để tạo ra
sự cố chạm đất tại đầu âm của cuộn dây kích từ. Cùng lúc đó quan sát giá trị của
điện áp DC cấp cho ngõ vào INPUT của AC/DC Current Sensitive Relay và tín
hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Tắt nguồn Power Supply.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sự cố chạm đất có được phát hiện không?

33

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------14. Trên Power Supply nguồn 24V AC.
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các cáp và dây nối.
1.5.

Kết luận

Trong bài thí nghiệm này, ta thấy rằng sự cố chạm đất tại một điểm trên cuộn
dây quấn kích từ không ảnh hưởng đến quá trình vận hành của máy phát điện đồng
bộ. Ta biết được rằng máy phát có thể bị hư hỏng nghiêm trọng khi xảy ra thêm
một sự cố chạm đất tại điểm thứ hai trên cuộn dây kích từ. Vì thế máy phát điện
đồng bộ thường được cung cấp hệ thống bảo vệ rotor chống chạm đất. Ta cũng biết
được rằng bảo vệ chống chạm đất cho cuộn dây quấn kích từ có thể được thực hiện
bằng cách sử dụng phương pháp cầu chia điện thế ( gồm có hai điện trở và một rơ
le nhạy với điện áp). Tuy nhiên phương pháp này vẫn có một vùng của cuộn kích từ
không được bảo vệ, và vùng này có thể dịch chuyển được nhờ cách thay đổi giá trị
của một trong hai điện trở trên bộ phân áp.
2.Bảo vệ chống mất kích từ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ chống mất kích từ cho máy phát điện xoay
chiều đồng bộ
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
2.1.Mục đích thí nghiệm
Bài thí nghiệm giúp chúng ta làm quen với việc bảo vệ máy phát điện xoay
chiều đồng bộ chống lại sự mất kích từ.
2.2. Tóm tắt lý thuyết
Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư
hỏng trong mạch kích thích ( do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ thống
tự động điều chỉnh điện áp, thao tác sai của nhân viên vận hành…
Khi máy phát bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ, tốc độ động cơ
vượt quá tốc độ đồng bộ,

34

gây ra phát nóng cục bộ ở stato và rotor. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá
điện áp trên cuộn dây rotor nguy hiểm cho cách điện của cuộn dây. Ở chế độ làm
việc bình thường khi công suất phát vào hệ thống P > 0 và Q > 0, đặc tính tổng trở
của máy phát nằm ở góc phần tư thứ nhất, khi mất kích từ máy phát nhận công suất
phản kháng từ hệ thống ( P > 0 và Q < 0) nên đặc tính tổng trở chuyển sang góc
phần tư thứ tư. Điện kháng của máy phát sẽ thay đổi từ x d ( điện trở đồng bộ) đến
x’d ( điện trở quá độ) và có thể giảm tới giá trị 2 .xd' nên để phát hiện sự mất kích
từ người ta có thể sử dụng rơ le điện trở với đặc tính vòng tròn có tâm nằm trên trục
tung của mặt phẳng tổng trở phức. Điểm a ứng với trường hợp ngắn mạch kích từ
khi máy phát đầy tải, điểm b ứng với trường hợp không tải. Đối với máy phát cỡ
lớn thường được bảo vệ bằng rơ le bảo vệ với trở kháng ở cuộn dây stator của máy
phát. Rơ le phát hiện ra tình trạng trở kháng giảm và cắt ngay máy phát ra khỏi hệ
thống hoặc đưa ra những tín hiệu cảnh báo.
Đối với hệ thống bảo vệ máy phát điện cỡ nhỏ sẽ ngăn chặn tình trạng mất
đồng bộ khi máy phát bị mất kích từ. Một vài hệ thống được lắp ráp để cách ly máy
phát hỏng ra khỏi hệ thống, trong khi những hệ thống khác thì chỉ có thể gửi tín
hiệu cảnh báo tới người quản lý hệ thống để họ có thể đưa ra những quyết định kịp
thời. Tuy nhiên, hầu hết các rơ le dòng điện thấp được mắc nối tiếp với cuộn dây
kích từ ( hình 2-5). Rơ le dòng điện thấp hoạt động càng sớm càng tốt khi dòng
kích từ nhỏ hơn dòng kích từ định mức, có thể đưa ra thông báo hoặc cắt máy phát
ra khỏi hệ thống.