Tải bản đầy đủ
Bảo vệ quá tốc độ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Bảo vệ quá tốc độ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Tải bản đầy đủ

50

Tuy nhiên, hiện tượng quá tốc có thể xuất hiện khi máy phát mất tải. Hiện tượng
này phụ thuộc vào quán tính của hệ thống, giá trị của tải và khả năng điều chỉnh
của máy điều tốc.
Hiện tượng quá tốc độ có thể dẫn đến hư hỏng về cơ. Hơn nữa, có thể gây hư
hỏng về điện khi quá tốc làm cho điện áp do máy phát tăng cao, kết quả là bị quá
áp. Bảo vệ chống quá tốc độ có thể dùng rơ le quá tần số như (hình 3-1)

Hình 3-1. Bảo vệ quá tốc cho máy phát dùng rơ le quá tần số
Rơ le quá tần số dùng để kiểm tra tần số của điện áp máy phát. Nó nối với
hai đầu cực của máy phát qua một máy biến điện áp. Khi tần số vượt quá giá trị
định trước, rơ le quá tần số tác động. Công suất của động cơ sơ cấp bắt đầu bị cắt
và làm giảm quá tốc độ.
‫ ٭‬Tóm tắt lý thuyết
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 3-2. và hình 3-3). Trong mạch
điện này, máy phát đồng bộ được bảo vệ chống quá tốc cung cấp công suất tác
dụng cho bộ nguồn ba pha. Hệ thống bảo vệ quá tốc bao gồm một rơ le quá tần số
được nối với máy phát qua một máy biến điện áp. Khi tần số điện áp phát ra vượt
quá giá trị định trước, rơ le quá tần số sẽ tác động. Bắt đầu có dòng điện trong rơ le
điều khiển CR1. Công tắc tơ CR1-C đóng để ghi nhận hư hỏng và nút RESET sáng

51

lên. Công tắc tơ CR1-B mở để mở công tắc tơ CR2, do đó công suất cấp cho động
cơ sơ cấp bị cắt nhằm giảm quá tốc.
Mở công tắc tơ CR3 để ngăn hoạt động của hệ thống bảo vệ quá tốc. Máy
phát ba pha cung cấp một phần công suất cho tải, ta xác định được lượng công suất
cung cấp cho động cơ sơ cấp, mở công tắc tơ CR1, đột ngột cắt tải ra khỏi máy phát
(nguồn ba pha), quan sát hiện tượng xảy ra. Lặp lại các thao tác trên với máy phát
hoạt động đầy tải. So sánh kết quả và ảnh hưởng của tải tới tình trạng quá tốc.
Đóng công tắc tơ CR3 cho phép hệ thống bảo vệ hoạt động. Cho máy phát cung
cấp đầy tải, mở công tắc tơ CR1 và quan sát hoạt động của hệ thống bảo vệ.
1.3.Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Resistor Load, Power Diodes, Synchronizing
Module, Three-Phase Wattmeter/Varmeter, 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. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Resistor Load, Power Diodes, Synchronizing
Module, Three-Phase Wattmeter/Varmeter, 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.
3. 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 quá tốc độ cho động cơ 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.

52

Kết nối các thiết bị như (hình 3-2 và hình3-3).

Hình 3-2. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation
Điện áp………………………………………………….7-N
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí giữa (mid)
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE……………………………. Primer Mover
Công tắc DISPLAY…………………………………SPEED

53

Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 ……………………………….……….1 (close)
Công tắc S2………………………………..……….O (open)
Trên Synchronizing Module
Công tắc S1 …………..……………………...…….O (open)

Hình 3-3. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station
6. 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 ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá tốc và cho phép
quan sát hiện tượng xảy ra khi máy phát điện bị mất tải đột ngột.
Chỉnh giá trị quá tần của Under/Over Frequency Relay ~ 54Hz.
Trên Under/Over Frequency Relay chỉnh sai số ở mức thấp nhất ~ 0,1Hz.
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 pha của máy phát đồng bộ ( được chỉ thi bởi E1) gần bằng giá trị định mức.

54

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 Synchronizing Module, sau đó mở nguồn trở lại.
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 Synchronous Motor/ Generator, chỉnh núm EXCITER sao cho công
suất phản kháng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter bằng 0.
Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo chiều kim
đồng hồ đến khi dòng điện xấp xỉ bằng 33% giá trị đầy tải định mức 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 công suất cho nguồn ba pha.
Điều chỉnh lại núm điều chỉnh điện áp và nút EXCITER sao cho dòng điện
có giá trị 33% giá trị đầy tải định mức và công suất phản kháng bằng 0.
10. Ghi lại các giá trị công suất tác dụng máy phát đồng bộ sơ cấp, điện áp
và dòng điện của động cơ sơ cấp ( hiển thị bằng đồng hồ Power Supply) trong
trường hợp non tải:
Công suất tác dụng của máy phát:……………….W.
Điện áp một chiều của động cơ sơ cấp:…………..V.
Dòng điện một chiều của động cơ sơ cấp:………..A.
Tính công suất tác dụng cấp cho động cơ sơ cấp:…………….W.
11. Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí O để làm hở mạch
công tắc tơ CR1, do đó làm đứt kết nối tải (nguồn ba pha) với máy phát. Quan sát
tín hiệu tác động quá tần (LED đỏ) trên Under/Over Frequency Relay.
Ghi lại tốc độ của máy phát sau khi bị cắt tải:
Tốc độ quay của máy phát:……………..vòng/phút.
Chỉnh núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0 và tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi tải đột ngột bị ngắt ra khỏi máy phát:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rơ le quá tần số có tác động không? Vì sao?

55

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12. Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí 1 (close) để đóng
công tắc tơ CR1.
Trên Synchronous Motor/ Generator chỉnh núm EXCITER ở vị trí mid.
Trên Synchronizing Module đặt S1 tại vị trí O (open).
Lập lại từ bước 7 và 8 để khởi động và hòa đồng bộ máy phát.
13. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo chiều
kim đồng hồ đến khi dòng điện xấp xỉ bằng giá trị đầy tải định mức 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 công suất cho nguồn ba pha.
Điều chỉnh lại núm điều chỉnh điện áp trên Power Supply và nút EXCITER
trên Synchronous Motor/ Generator sao cho công suất phản kháng bằng 0.
14. Ghi lại các giá trị công suất tác dụng máy phát đồng bộ cấp cho nguồn,
điện áp và dòng điện của động cơ sơ cấp trong trường hợp đầy tải:
Công suất tác dụng của máy phát:……………….W.
Điện áp một chiều của động cơ sơ cấp:…………..V.
Dòng điện một chiều của động cơ sơ cấp:………..A.
Tính công suất tác dụng cấp cho động cơ sơ cấp:…………….W.
15. Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí O để làm hở mạch
công tắc tơ CR1, do đó làm đứt kết nối tải (nguồn ba pha) với máy phát. Quan sát
tín hiệu tác động quá tần (LED đỏ) trên Under/Over Frequency Relay.
Ghi lại tốc độ của máy phát sau khi bị cắt tải:
Tốc độ quay của máy phát:……………..vòng/phút.
Chỉnh núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0 và tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi tải đột ngột bị ngắt ra khỏi máy phát:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rơ le quá tần số có tác động không? Vì sao?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------16. Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí 1 (close) để đóng
công tắc tơ CR1. Chỉnh núm EXCITER ở vị trí mid.

56

Trên Synchronizing Module đặt S1 tại vị trí O (open).
Lập lại từ bước 7 và 8 để khởi động và hòa đồng bộ máy phát.
Chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp của Power Supply và núm điều chỉnh
EXCITER của Synchronous Motor/ Generator cho tới khi dòng điện gần bằng với
dòng đầy tải định mức của máy phát điện đồng bộ và công suất phản kháng bằng 0.
17. Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí 1 (close) để
đóng công tắc tơ CR3. Điều này cho phép hệ thống bảo vệ hoạt động.
Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí O để làm hở mạch công
tắc tơ CR1, do đó làm đứt kết nối tải (nguồn ba pha) với máy phát. Cùng lúc đó
quan sát tốc độ máy phát hiển thị trên Primer Mover.
Ghi lại tốc độ lớn nhất của máy phát:
Tốc độ lớn nhất của máy phát:…………….vòng/phút.
Chỉnh núm điều khiển điện áp về 0 và tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hệ thống bảo vệ có làm giảm được hiện tượng quá tốc độ không?
18. 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.
1.5.

Kết luận

Trong bài này, ta thấy rằng tốc độ quay của máy phát đồng bộ tăng khi mất
tải đột ngột. Tốc độ quay phụ thuộc vào quán tính của nó, giá trị tải và khả năng
điều chỉnh của máy điều tốc. Bảo vệ chống quá tốc có thể thực hiện được bằng
cách kiểm tra tần số của điện áp máy phát sử dụng rơ le quá tần. Khi tần số tăng
quá giá trị đặt, rơ le quá tần tác động và cắt nguồn của động cơ sơ cấp để giảm sự
quá tốc.
2. Bảo vệ quá dòng cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ quá dòng cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.

57

2.1.Mục đích thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học viên biết được hai phương pháp
bảo vệ thông thường sử dụng để bảo vệ máy phát điện chống lại hiện tượng quá
dòng.
2.2.Tóm tắt lý thuyết
Máy phát điện xoay chiều đồng bộ thường được trang bị một hệ thống bảo vệ
quá dòng để phòng ngừa trường hợp sự cố ( bảo vệ dự trữ) trên các hệ thống bảo vệ
chính và nó không phụ thuộc vào những đặc tính nhiệt độ của máy phát được bảo
vệ. Trong bài thí nghiệm này đề cập đến hai hệ thống bảo vệ quá dòng như sau:
- Bảo vệ quá dòng với máy biến dòng tại đầu dây trung tính của cuộn dây
quấn và điện trở nối đất.
- Bảo vệ quá dòng với máy biến dòng tại đầu dây pha của cuộn dây quấn
và điện trở nối đất.
Khi bảo vệ máy phát điện truyền năng lượng tới một hệ thống cô lập, thông
thường sử dụng máy biến dòng tại đầu dây trung tính của cuộn dây quấn để truyền
qua các rơ le quá dòng như (hình 3-4), nó sẽ phản ứng tốt trong điều kiện cuộn dây
quấn bị sự cố cũng như điều kiện quá dòng. Sự sắp đặt các rơ le quá dòng phải
được chọn lựa cẩn thận để khi điều kiện sự cố thì hệ thống bảo vệ vẫn đảm bảo
hoạt động trong khi đang cung cấp sự phân biệt với sự bảo vệ hệ thống.
Trong trường hợp máy phát điện xoay chiều đồng bộ phát đang được nối
song song tới một hệ thống điện lớn, thường thì sử dụng máy biến dòng tại đầu dây
pha của cuộn dây quấn để truyền qua các rơ le quá dòng như (hình 3-5). Điều có lợi
trong việc xác định cách sắp đặt dây quấn để đảm bảo sự phân biệt và hoạt động
ngăn ngừa các sự cố từ bên ngoài nếu có thể.