Điều khiển, bảo vệ và báo tín hiệu của hệ thống kích thích

CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH VỀ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

CHƯƠNG 10: HỆ THỐNG KÍCH TỪ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN IALY

10.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG KÍCH TỪ

10.4.5 Điều khiển, bảo vệ và báo tín hiệu của hệ thống kích thích

Điện áp định mức của nguồn nuôi rơle là 220V DC lấy từ buồng ắc quy của nhà máy.

Dòng điện thứ cấp định mức của các máy biến dòng điện cung cấp cho rơle dòng điện là 5A.

Điện áp thứ cấp định mức của các máy biến điện áp cung cấp cho rơle điện áp là 110V AC và 220V AC.

10.4.5.1 Điều khiển hệ thống kích thích:

1) Điều khiển kích thích máy phát khi khởi động và hòa đồng bộ chính xác máy phát vào lưới:

Khi hòa máy phát vào lưới bằng phương pháp đồng bộ chính xác, lệnh chỉ huy kích thích ban đầu được đưa đến rơle KL4.1, KL4.2 và KT4 (sau khi tốc độ quay của tổ máy đạt tới 90÷95% tốc độ định mức) hoặc bằng tự động từ rơle đồng bộ chính xác KL8.1, hoặc bằng tay thông qua khóa SA2 (ở tủ AE2).

1) Khi hòa máy phát vào lưới điện bằng phương pháp tự động đồng bộ chính xác, tín hiệu sẽ được đưa từ rơle đồng bộ chính xác KL8.1 đến đóng máy cắt dập từ QE1 (nếu QE1 chưa đóng) và chuyển bộ chỉnh lưu Tiristor U sang chế độ nghịch lưu. Sau một khoảng thời gian được định bỡi KT2, kích thích ban đầu sẽ được đóng, đồng thời bộ chỉnh lưu Tiristor U được chuyển sang chế độ chỉnh lưu.

Quá trình kích thích ban đầu của máy phát được giới thiệu ở mục 3.2.5.1b.

Trong khi tự động đồng bộ chính xác, việc thay đổi kích thích được thực hiện bằng khối hiệu chỉnh trị số chỉnh định của bộ điều chỉnh tự động hiệu chỉnh điện áp của máy phát sang điện áp lưới. Sau khi hoàn thành việc hiệu chỉnh, bộ điều chỉnh tự động sẽ phát tín hiệu chỉ huy đến rơle KL24 để đóng mạch thiết bị đồng bộ tự động.

Thiết bị đồng bộ tự động vào thời điểm thích hợp sẽ phát lệnh chỉ huy đi đóng máy cắt của máy phát.

2) Khi hòa máy phát vào lưới bằng phương pháp đồng bộ chính xác bằng tay, lệnh chỉ huy đóng mạch kích thích ban đầu sẽ được thực hiện bằng cách xoay khóa SA2 (ở tủ AE2) sang vị trí “KÍCH THÍCH”. Lúc này kích thích ban đầu sẽ được đóng, đồng thời bộ chỉnh lưu Tiristor U được chuyển sang chế độ chỉnh lưu.

Quá trình kích thích ban đầu của máy phát được giới thiệu ở mục 3.2.5.1b.

Khi đồng bộ máy phát bằng tay, việc điều chỉnh điện áp máy phát sang điện áp lưới được thực hiện bằng thao tác khóa SA5 (“LỚN HƠN”, “NHỎ HƠN”) ở tủ AE2 hoặc khóa ở phòng điều khiển trung tâm. Sau khi hoàn thành việc điều chỉnh điện áp máy phát sang điện áp lưới, bộ điều chỉnh kích thích tự động sẽ phát tín hiệu chỉ huy đến rơle KL25 để đóng mạch thiết bị đồng bộ. Lúc này đèn HLW3 sáng.

Thao tác đóng máy cắt của máy phát vào lưới được quy định bởi các số liệu của thiết bị đồng bộ. Khi các thông số của máy phát và lưới đã phù hợp về tần số, điện áp và góc pha thì thao tác đóng máy cắt của máy phát vào lưới được cho phép.

2) Điều khiển kích thích ban đầu của máy phát:

Kích thích ban đầu của máy phát được thực hiện bằng cách đóng tức thời nguồn ắc quy một chiều 220V của nhà máy vào cuộn dây kích thích. Khi đã tạo được kích thích đảm bảo 10% điện áp định mức của Stator máy phát thì quá trình tự kích thích được bắt đầu. Việc hạn chế dòng điện kích thích ban đầu đến mức cần thiết để phát triển quá trình tự kích thích được thực hiện bằng điện trở R1.

Khi có lệnh chỉ huy kích thích, cuộn dây kích thích được đấu vào bộ ắc quy một chiều 220V của nhà máy bởi các công tắc tơ KM1, KM2, KM3. Khi điện áp trên đầu cực máy phát đạt 10% giá trị định mức thì bộ điều chỉnh tự động và hệ thống điều khiển sẽ làm việc và quá trình tự kích thích được bắt đầu. Lúc này dòng điện kích thích bao gồm dòng kích thích ban đầu lấy từ ắc quy 220V và dòng tự kích thích lấy từ bộ chỉnh lưu Tiristor. Khi dòng điện tự kích thích đạt tới 98A thì rơle KA9 sẽ tác động cắt tiếp điểm KA9, làm cho các rơle KT4, KL4.1, KL4.2 mất điện. Các rơle KL4.1, KL4.2 sẽ nhả tiếp điểm của nó để cắt nguồn kích

thích ban đầu từ ắc quy một chiều. Quá trình phát triển tiếp theo của điện áp stator máy phát được phát triển theo nguyên lý tự kích thích dưới sự kiểm tra của bộ điều chỉnh tự động AV cho đến khi đạt tới trị số chỉnh định của nó.

Nếu do nguyên nhân nào đó làm cho dòng điện tự kích thích không đạt tới trị số chỉnh định của rơle dòng điện KA9, thì khi hết thời gian kích thích ban đầu (được định bỡi rơle thời gian KT4), rơle KT4 sẽ đóng mạch các công tắc tơ KM5, KM6 (ở tủ AE1), và như vậy cuộn dây Rotor máy phát sẽ được mắc sun qua khối điện trở diệt từ R. Khi tác động, các công tắc tơ KM5, KM6 sẽ đóng mạch rơle kích thích ban đầu không thành công KL6. Rơle KL6 sẽ cắt mạch kích thích ban đầu (cắt mạch các rơle KL4.1, KL4.2, KT4) và khép mạch rơle KL3.

Rơle KL3 tác động đến rơle KL2 để chuyển bộ chỉnh lưu Tiristor U sang chế độ nghịch lưu.

3) Điều khiển kích thích khi dừng máy phát:

Khi dừng bình thường tổ máy, rơle KL9 sẽ thực hiện việc giảm công suất phản kháng của máy phát về không bằng cách tác động lên bộ điều chỉnh tự động AV. Nếu máy phát làm việc không có bộ điều chỉnh kích thích tự động AV thì việc giảm công suất phản kháng về không được thực hiện bằng tay thông qua khóa SA5 ở tủ AE2 hoặc khóa ở phòng điều khiển trung tâm. Sau khi công suất phản kháng đã giảm về không (đồng thời bộ điều tốc cũng giảm công suất tác dụng về không) thì máy cắt của máy phát được cắt ra và bộ chỉnh lưu Tiristor U được chuyển sang chế độ nghịch lưu (thông qua các rơle KL3, KL2).

Sau khi cắt máy cắt của máy phát, việc dập từ (bằng cách chuyển bộ chỉnh lưu Tiristor U sang chế độ nghịch lưu) có thể thực hiện bằng tay bằng cách xoay khóa SA2 sang vị trí

“DẬP TỪ“.

Trong trường hợp nếu do nguyên nhân nào đó mà sau khi phát tín hiệu chỉ huy dừng tổ máy, máy cắt của máy phát đã cắt nhưng quá trình nghịch lưu không xảy ra và dòng điện Rotor không gỉam, thì sau một khoảng thời gian được định bỡi KT3, từ trường sẽ được dập tắt bằng cách cắt máy cắt dập từ QE1.

Các động cơ quạt gió của hệ thống làm mát Tiristor được cắt bởi rơle cắt kích thích có duy trì thời gian KT10.

10.4.5.2 Bảo vệ hệ thống kích thích:

Khi hư hỏng thiết bị của hệ thống kích thích cũng như khi xuất hiện một số chế độ làm việc của máy phát có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị của hệ thống kích thích hoặc của chính máy phát (đã dự tính đến tác động của bảo vệ rơle) thì tùy theo đặc điểm hư hỏng, các thiết bị bảo vệ hệ thống kích thích sẽ đảm bảo những tác động sau:

1) Hạn chế dòng điện kích thích và mức cường hành.

Việc hạn chế dòng điện kích thích khi cường hành ở mức (1,8÷2)IRotor.đm được đảm bảo bằng bộ điều chỉnh kích thích tự động không duy trì thời gian.

Việc hạn chế dòng điện kích thích khi quá tải Rotor được thực hiện theo đặc tính phụ thuộc thời gian của máy phát I2t.

Việc hạn chế giá trị đặt của dòng điện kích thích khi máy phát làm việc trong các chế độ phát công suất phản kháng sẽ ngăn ngừa sự mất đồng bộ của máy phát.

2) Chuyển bộ chỉnh lưu Tiristor U sang chế độ nghịch lưu khi điện áp Stator máy phát tăng quá ngưỡng cho phép (được khống chế bởi rơle điện áp KV1, KV2).

3) Bảo vệ quá điện áp cho Rotor (bộ phóng điện FV1).

4) Ngắt bộ điều chỉnh tự động AV (rơle KL10).

Bộ điều chỉnh tự động AV bị ngắt trong các trường hợp sau:

- Mất nguồn đo lường xoay chiều 100V của cả hai mạch AV1, AV2.

- Mất nguồn đo lường xoay chiều 100V của mạch điều chỉnh tự động này và mất đồng thời nguồn nuôi xoay chiều 380V và một chiều 220V của mạch điều chỉnh tự động kia.

- Mất nguồn nuôi xoay chiều 380V và một chiều 220V của cả hai mạch AV1, AV2.

- Khi hư hỏng bộ điều chỉnh tự động được phát hiện bởi bộ kiểm tra mức độ hòan chỉnh nằm trong thành phần của bộ điều chỉnh tự động.

- Điện áp điều chỉnh của mạch điều chỉnh kích thích tự động đang làm việc (AV1 hoặc AV2) tăng cao trong khi mạch kia bị hỏng.

- Khi dòng điện Rotor cường hành quá thời gian cho phép (được khống chế bởi rơle dòng điện KA11, KA12 và rơle thời gian KT6).

- Khi dòng điện Rotor cường hành quá giá trị cho phép: IRotor > 2IRotor.đm (được khống chế bởi rơle dòng điện KA13, KA14 và rơle thời gian KT7).

Sau khi xử lý hư hỏng bộ điều chỉnh kích thích tự động AV, để chuẩn bị đưa nó vào làm việc, phải xoay khóa SA3 (ở tủ AE2) sang vị trí “RESET” để giải trừ cho rơle KBS3.

5) Cắt sự cố máy phát ra khỏi hệ thống điện và dập tắt từ trường của Rotor máy phát bằng cách cắt máy cắt dập từ QE1 và chuyển bộ chỉnh lưu Tiristor U sang chế độ nghịch lưu (từ rơle KL34.1, KL34.2, KL1.1, KL1.2, KT1, KL3, KL2).

Việc bảo vệ hệ thống kích thích tác động cắt máy cắt của máy phát và dập tắt từ trường của Rotor máy phát (rơle KL34.1, KL34.2, rơle tín hiệu KH1 và một trong các rơle tín hiệu kèm theo KH6÷KH16) xảy ra trong các trường hợp sau:

1) Khi cách điện của mạch kích thích giảm xuống dưới mức cho phép (cơ cấu bảo vệ chạm đất Rotor AK1 - Cấp 2, rơle tín hiệu KH6).

2) Khi mất kích thích (rơle KA7, KA8, KL30, KT5, KL31, rơle tín hiệu KH7).

Bảo vệ mất kích thích sẽ tác động khi dòng điện Rotor giảm xuống dưới mức cho phép được định bởi trị số chỉnh định của rơle KA7, KA8. Bảo vệ này được đưa vào làm việc sau khi đóng mạch máy phát vào lưới điện (rơle KL7). Khi bảo vệ tác động, rơle KL31 còn thực hiện mắc sun cuộn dây Rotor vào khối điện trở diệt từ R bằng cách đóng mạch các công tắc tơ KM5, KM6.

3) Khi mất kích thích có chuyển sang chế độ bù (rơle KA7, KA8, KL30, KAG, KL32, rơle tín hiệu KH8).

4) Khi cường hành quá thời gian cho phép (được khống chế bởi rơle KA11, KA12, KT6, rơle tín hiệu KH9).

5) Khi cường hành quá dòng điện cho phép: IRotor > 2IRotor.đm (được khống chế bỡi rơle KA13, KA14, KT7, rơle tín hiệu KH10).

6) Khi bảo vệ quá dòng điện có thời gian máy biến áp kích thích TE1 tác động (được khống chế bởi rơle KA1, KA2, KA3, KT8, rơle tín hiệu KH11).

7) Khi bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh máy biến áp kích thích TE1 tác động (được khống chế bởi rơle KA4, KA5, rơle tín hiệu KH12).

8) Khi có lệnh “ngắt” từ hệ thống kích thích: (rơle tín hiệu KH13).

Lệnh chỉ huy “ngắt“ được truyền từ hệ thống điều khiển Tiristor, lệnh này hình thành trong các trường hợp sau:

a) Hư hỏng cả hai ngăn của hệ thống làm mát Tiristor.

b) Cầu chì nhiệt ở mạch hấp thụ RC tác động.

c) Hư hỏng 2 cầu chỉnh lưu Tiristor.

d) Cửa ngăn chỉnh lưu U mở.

9) Khi mở cửa máy biến áp kích thích TE1 (các tiếp điểm bảo vệ bố trí ở nắp của máy biến áp TE1, rơle tín hiệu KH14).

10)Áp suất nước làm mát ở các ngăn làm mát CO1, CO2 giảm thấp (được khống chế bởi các cảm biến áp suất, rơle KL29, KT13, rơle tín hiệu KH15).

11)Khi nhiệt độ của máy biến áp kích thích TE1 tăng cao (rơle tín hiệu KH16).

Khi dừng bình thường tổ máy, nếu nghịch lưu không thành công thì máy cắt QE1 sẽ bị cắt sự cố. Các quá trình như sau:

- Khi dừng bình thường tổ máy, nếu sau thời gian được định bỡi KT3 mà nghịch lưu không thành công thì rơle KL1.1, KL1.2 sẽ tác động cắt máy cắt QE1 (rơle tín hiệu KH2).

- Khi dừng bình thường tổ máy, máy cắt của máy phát đã mở, tốc độ của Rotor đã giảm tới giá trị chỉnh định của rơle tốc độ thấp, nếu nghịch lưu không thành công thì rơle KL1.1, KL1.2 sẽ tác động cắt máy cắt QE1 (rơle tín hiệu KH3).

10.4.5.3 Báo tín hiệu của hệ thống kích thích:

Để nhận được thông tin về tình trạng thiết bị và về những hư hỏng thiết bị của hệ thống kích thích, cũng như để nhận thông tin về những sai lệch của các thông số so với các giá trị cho phép, ta lắp hệ thống truyền tín hiệu cảnh báo và tín hiệu sự cố.

Các con bài chỉ thị lắp ở tủ AE2 tiếp nhận thông tin từ tất cả các bộ phận của hệ thống kích thích. Các tín hiệu phát ra từ hệ thống kích thích ở dạng đóng các tiếp điểm đơn (đối với các tín hiệu sự cố) và ở dạng đóng một trong những tiếp điểm của nhóm tiếp điểm (đối với các tín hiệu cảnh báo).

Ngoài việc sử dụng các con bài chỉ thị để báo tín hiệu cho hệ thống kích thích, trong thành phần của hệ thống điều khiển Tiristor còn có màn hình hiển thị dùng để báo hiệu về các loại hư hỏng của chỉnh lưu Tiristor.

I) Các tín hiệu sự cố:

KH1 : Cắt QE1 - Bảo vệ hệ thống kích thích tác động.

KH2 : Cắt QE1 - Nghịch lưu không thành công khi dừng bình thường.

KH3 : Cắt QE1 - Tần số máy phát giảm thấp khi không tải.

KH4 : Bảo vệ máy phát hoặc máy biến áp 500kV tác động.

KH6 : Bảo vệ chạm đất Rotor tác động (cấp 2).

KH7 : Bảo vệ mất kích thích tác động.

KH8 : Bảo vệ mất kích thích có chuyển sang chế độ bù tác động.

KH9 : Bảo vệ cường hành quá thời gian cho phép tác động.

KH10: Bảo vệ cường hành quá dòng điện cho phép tác động (IRotor>2IRotor.đm).

KH11: Bảo vệ quá dòng điện có thời gian máy biến áp TE1 tác động.

KH12: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh máy biến áp TE1 tác động.

KH13: Có lệnh “ngắt” từ hệ thống điều khiển Tiristor.

KH14: Bảo vệ mở cửa máy biến áp TE1 tác động.

KH15: Bảo vệ áp suất nước làm mát ở CO1, CO2 giảm thấp tác động.

KH16: Bảo vệ quá nhiệt độ máy biến áp TE1 tác động.

II) Các tín hiệu cảnh báo:

1) Tín hiệu ngắt bộ điều chỉnh tự động AV:

KH18: Mất nguồn đo lường xoay chiều 100V của AV1 và AV2, hoặc mất nguồn nuôi xoay chiều 380V và một chiều 220V của AV1 và AV2, hoặc mất nguồn đo lường xoay chiều 100V của mạch điều chỉnh tự động này và mất nguồn nuôi xoay chiều 380V và một chiều 220V của mạch điều chỉnh tự động kia.

KH19: Sự cố bên trong của cả hai mạch điều chỉnh tự động.

KH20: Điện áp điều chỉnh của mạch AV2 tăng quá ngưỡng cho phép trong khi mạch AV1 bị hỏng.

KH21: Điện áp điều chỉnh của mạch AV1 tăng quá ngưỡng cho phép trong khi mạch AV2 bị hỏng.

KH22: Cường hành quá thời gian cho phép.

KH23: Cường hành quá dòng điện cho phép.

2) Tín hiệu hư hỏng bộ điều chỉnh tự động AV:

KH38: Cấm chuyển mạch các mạch điều chỉnh tự động AV1, AV2.

KH45: Chuyển mạch sang mạch điều chỉnh tự động AV1.

KH46: Chuyển mạch sang mạch điều chỉnh tự động AV2.

KH48: Hỏng mạch điều chỉnh tự động AV1.

KH49: Hỏng mạch điều chỉnh tự động AV2.

3) Tín hiệu từ bộ điều chỉnh tự động AV:

KH50: Quá nhiệt Rotor (tín hiệu được đưa đến bộ AV).

KH51: Quá tải Rotor (tín hiệu được đưa đến bộ AV).

KH53: Giới hạn kích thích thấp làm việc (tín hiệu được đưa đến bộ AV).

KH55: Điện áp điều chỉnh của AV1 tăng cao.

KH56: Điện áp điều chỉnh của AV2 tăng cao.

4) Tín hiệu hư hỏng bộ chỉnh lưu Tiristor:

KH31: Hỏng mạch 1 của hệ thống điều khiển Tiristor.

KH32: Hỏng mạch 2 của hệ thống điều khiển Tiristor.

KH33: Hỏng ngăn làm mát CO1.

KH34: Hỏng ngăn làm mát CO2.

KH35: Hỏng cầu chỉnh lưu Tiristor U.

5) Tín hiệu hư hỏng hệ thống kích thích:

KH24: Chạm đất Rotor (cấp 1).

KH25: Hỏng bộ AK1.

KH26: Hỏng các mạch điều khiển QE1.

KH27: Bộ phóng điện VS1 làm việc (nửa chu kỳ xung âm).

KH28: Bộ phóng điện VS2 làm việc (nửa chu kỳ xung dương).

KH29: Mất nguồn nuôi của bộ AK1.

KH30: Mất nguồn nuôi của các bộ UAE1, UAE2, UVE1, UVE2.

KH37: Kích thích ban đầu không thành công.

KH39: Mất nguồn đo lường xoay chiều 100V của mạch AV1.

KH40: Mất nguồn nuôi xoay chiều 380V của mạch AV1.

KH41: Mất nguồn nuôi một chiều 220V của mạch AV1.

KH42: Mất nguồn đo lường xoay chiều 100V của mạch AV2.

KH43: Mất nguồn nuôi xoay chiều 380Vcủa mạch AV2.

KH44: Mất nguồn nuôi một chiều 220V của mạch AV2.

KH57: Quá tải máy biến áp TE1.

KH58: Mất nguồn nuôi một chiều 220V của mạch điều khiển QE1.

KH59: Mất nguồn nuôi một chiều 220V của mạch điều khiển và bảo vệ.

KH60: Mất nguồn nuôi một chiều 220V của mạch tín hiệu.

KH61: Mất nguồn nuôi xoay chiều 380V từ các máy biến áp TV3.1, TV3.2.

KH62: Hỏng nguồn nuôi cơ cấu bảo vệ do ngắn mạch ở phía dòng điện một chiều.

KH63: Nhiệt độ máy biến áp TE1 tăng cao (cấp 1).

KH64: Điện áp Stator máy phát tăng cao. (Khi điện áp đầu cực máy phát tăng quá ngưỡng chỉnh định của các rơle điện áp KV1, KV2 thì chúng sẽ tác động chuyển bộ chỉnh lưu Tiristor sang chế độ nghịch lưu).

Sau khi sử lý nguyên nhân hư hỏng, ta phải reset các con bài tác động.

III) Các đèn tín hiệu:

HLR1: Máy cắt QE1 đóng.

KLG1: Máy cắt QE1 cắt.

HKR4: Kích thích.