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

Bảo vệ quá dòng cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Tải bản đầy đủ

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.

58

Hình 3-4. Bảo vệ quá dòng với các máy biến dòng đặt tại đầu phía trung tính
của các cuộn dây kích từ và điện trở nối đất

Hình 3-5. Bảo vệ quá dòng với các máy biến dòng đặt tại đầu pha của các
cuộn dây kích từ và điện trở nối đất
‫٭‬
Tóm tắt bài 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 3-6 và hình 3-7). Trong mạch này
máy phát điện xoay chiều đồng bộ cung cấp công suất cho tải điện trở cân bằng. Hệ
thống bảo vệ quá dòng bao gồm: một điện trở nối đất, máy biến dòng đặt đầu dây
trung tính của cuộn dây quấn stato của máy phát và một rơ le quá dòng ba pha. Khi
dòng điện chạy qua rơ le quá dòng vượt quá giá trị đặt trước rơ le sẽ tác động. Làm
cho công tắc tắc tơ CR1 và CR2 mở. Khi đó tải bị cắt khỏi máy cắt và làm hở mạch
kích từ để máy phát ngừng phát năng lượng, do đó hạn chế được dòng sự cố.
Chúng ta sẽ lần lượt tạo ra sự cố pha trạm đất và sự cố cuộn dây chạm đất để
quan sát quá trình hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.
Phần thứ ba, kết nối mạch như hình 3.8. Trong mạch này, một máy phát điện
xoay chiều đồng bộ cung cấp công suất tới một nguồn điện ba pha. Hệ thống bảo vệ
quá dòng giống như bài thí nghiệm trên, chỉ khác máy biến dòng được đặt sau cuộn
dây quấn máy phát.
Chúng ta sẽ lần lượt tạo ra sự cố pha trạm đất và sự cố cuộn dây chạm đất để
quan sát quá trình hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.

59

2.3.Thiết bị thí nghiệm
Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Current Transformers, Resistor Loads, Power Diodes, Three-Phase
Wattmeter/Varmeter, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmetter/ 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
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……………………..……..……………..~2 s
SST2 thời gian tạm nghỉ……………………………………...……~5s
3. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Current Transformers, Resistor Loads, Power Diodes, 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.
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.
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 3-6 và hình 3-7).
6. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER……………………….…..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……………………….mid
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE……………………..……… PRIME MOVER

60

Công tắc DISPLAY……………………..………………SPEED
Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 và S2……………………..……………….O (open)
Trên Universal Fault Module
Nút INITIATE FAULT………………….…………….vị trí nhả
Công tắc FAULT DURATION……………………….0,3 – 30s

61

Hình 3-6. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

62

Hình 3-7. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station
7. Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện của Three-Phase Overcurrent Relay xấp xỉ
150% dòng đầy tải định mức của máy phát điện xoay chiều đồng bộ, dựa vào tính
toán của những tỉ số của máy biến đổi dòng.
Đặt thời gian trì hoãn của Three-Phase Overcurrent Relay xấp xỉ 2s.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
8. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để động cơ
sơ cấp quay ở tốc độ gần bằng với tốc độ định mức của máy phát điện xoay chiều
đồng bộ.
Trên Synchronous Motor/ Generator, bật công tắc EXCITER sang vị trí 1 để
máy phát điện bắt đầu phát năng lượng điện.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện
áp dây và tốc độ quay của máy phát đồng bộ gần bằng giá trị định mức.
Dòng điện dây phải xấp xỉ bằng dòng đầy tải định mức của máy phát điện
xoay chiều đồng bộ.

63

9. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất và quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về 0 và sau đó tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10. Sử dụng một dây dẫn nối tắt tạm thời tiếp điểm của công tắc tơ CR2 để
luôn kích từ cho máy phát.
Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relay 1 của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
RESET của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ.
Lặp lại các bước 6 và 8 để khởi động máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
11. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất và quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về 0 và sau đó tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12. Tháo bỏ dây nối tắt của công tắc tơ CR2.
Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relay 1 của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
RESET của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ.
Trên Universal Fault Module, tháo kết nối giữa công tắc tơ K1-A với điểm
sự cố 1, sau đó nối tới điểm sự cố 2.
Lặp lại các bước 6 và 8 để khởi động máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
13. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
cuộn dây chạm đất và quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về 0 và sau đó tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.

64

Bảo vệ quá dòng với các máy biến dòng đặt tại các đầu dây pha của các cuộn
dây stato và điện trở nối đất.
14. Tháo rời kết nối của Resistive Load module, sau đó tháo bỏ phần này
khỏi EMS Workstation.
Lắp đặt Source Imdedance và Synchronizing Module vào EMS Workstation.
Kết nối các thiết bị trên EMS Workstation như (hình 3-8). Những kết nối của
thiết bị trên Protective Relaying Control Station thì được giữ nguyên.
Kết nối K1-A của Universal Fault Module tới điểm sự cố 1.

Hình 3-8. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

65

Mở nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
15. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER……………………….…..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……………….….…..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 Universal Fault Module
Nút INITIATE FAULT………………….…………….vị trí nhả
Công tắc FAULT DURATION……………………….0,3 – 30s
Trên Synchronizing Module
Công tắc S1 …………..………………………...…….O (open)
Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện của Three-Phase Overcurrent Relay xấp xỉ
140% dòng đầy tải định mức của máy phát điện xoay chiều đồng bộ, dựa vào tính
toán của những tỉ số của máy biến đổi dòng.
Đặt thời gian trì hoãn của Three-Phase Overcurrent Relay xấp xỉ 2s.
16. 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 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 Synchronizing Module, sau đó mở nguồn trở lại.
17.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.
18. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo chiều
kim đồng hồ đến khi dòng điện trên dây pha xấp xỉ gần bằng giá trị đầy tải của máy

66

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.
Trên Synchronous Motor/ Generator điều chỉnh núm EXCITER để công suất
phản kháng được chỉ bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter có thể bằng 0.
19. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất và quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về 0 và sau đó tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------20. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relay 1 của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
RESET của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ.
Trên Universal Fault Module, tháo kết nối giữa công tắc tơ K1-A với điểm
sự cố 1, sau đó nối tới điểm sự cố 2.
Lặp lại các bước 15 và 18 để khởi động và hòa đồng bộ máy phát điện xoay
chiều đồng bộ.
21. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất và quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá dòng.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về 0 và sau đó tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------22. Tắt nguồn Power Supply.
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các dây nối và cáp.
2.5.

Kết luận

Trong bài thí nghiệm này, chúng ta nhận thấy rằng khi them hệ thống bảo vệ
quá dòng cho máy phát điện để bảo vệ dự trữ trong trường hợp hệ thống bảo vệ thứ
nhất không hiệu quả là cần thiết. Ta thấy có hai hệ thống bảo vệ quá dòng. Hệ
thống đầu tiên sử dụng điện trở nối đất và máy biến dòng đặt tại đầu dây trung tính
của cuộn dây quấn máy phát, hệ thống bảo vệ thứ hai cũng sử dụng điện trơ nối đất,
nhưng máy biến dòng được đặt tại đầu dây pha của cuộn dây quấn stato. Hai hệ

67

thống này bảo vệ hiệu quả chống lại các sự cố pha chạm đất và sự cố dây quấn
chạm đất.
3.Hòa đồng bộ máy phát điện
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống hòa đồng bộ máy phát điện
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiệntrong mạch.
3.1.Mục đích thí nghiệm
Bài thí nghiệm trang bị cho học viên biết được cách hòa đồng bộ máy phát
điện vào hệ thống.
3.2.

Tóm tắt lý thuyết

Kết nối máy phát đồng bộ vào hệ thống ba pha không thể thực hiện bởi việc
đóng máy cắt. Trước khi đóng máy cắt cần phải kiểm tra những điều kiện sau:
-Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của hệ thống.
-Tần số của máy phát phải bằng tần số của hệ thống.
Điện áp của máy phát phải bằng với điện áp của hệ thống.
Máy phát được hòa đồng bộ khi thỏa mãn các điều kiện trên và có thể được
hòa bằn tay hoặc tự động.
Chế độ hòa tự động được thực hiện bởi bộ hòa tự động. Thiết bị này kiểm tra
các điều kiện giữa máy phát và nguồn. Khi các điều kiện thỏa mãn yêu cầu, máy
cắt AC đóng lại để kết nối máy phát và hệ thống.
Chế độ hòa bằng tay được thực hiện bởi điều chỉnh tốc độ và điện áp của
máy phát để thỏa mãn các điều kiện hòa đồng bộ bằng tay. Thời điểm tốt nhất để
hòa đồng bộ được xác định bằng thiết bị kiểm tra đồng bộ và đèn.
Hình 3-9 là sơ đồ hệ thống hòa đồng bộ bán điều khiển. Máy phát và hệ
thống được nối qua biến dòng và tín hiệu được gửi đến rơ le kiểm tra tính đồng bộ.
Tốc độ và điện áp của máy phát được chỉnh bằng tay và rơ le kiểm tra tính đồng bộ
tự động đóng máy cắt khi giá trị biên độ và pha của điện áp giữa máy phát và hệ
thống tương đương nhau.