VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN
CHƯƠNG 8: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG KÍCH THÍCH TĨNH ĐỐI VỚI BỘ KÍCH THÍCH PILOT VÀ BỘ KÍCH THÍCH QUAY
8.11 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP TỰ ĐỘNG
Để đạt được điều khiển tự động, ta phải sử dụng kết hợp giữa máy cảm biến điện áp và bộ điều chỉnh điện áp tự động và mạch kích xung.
8.11.1 Máy biến áp cảm biến
Máy cảm biến điện áp dùng để cách ly và điều chỉnh đồng bộ điện áp giữa máy biến áp đo lường máy phát và bộ điều chỉnh điện áp tự động.
8.11.2 Bù công suất phản kháng giữa các máy phát làm việc song song
Để tránh dòng điện tuần hoàn giữa các máy phát vận hành song song, ta cần phải chia bằng nhau công suất phản kháng trên từng máy phát. Hệ thống kích từ sẽ đảm bảo được việc cân bằng công suất nói trên bằng cách thêm vào tín hiệu song song trong mỗi bộ điều chỉnh.
Một lượng được lấy từ máy biến dòng được lắp đặt trên đầu cực máy phát mà nó kết hợp với một lượng vectơ điện áp được lấy từ điện áp máy phát thông qua máy cảm biến điện áp. Tín hiệu kết hợp cho phép máy kích thích điều chỉnh đúng đầu ra của nó và cân bằng công suất phản kháng giữa các máy phát điện đồng bộ.
8.11.3 Bộ điều chỉnh điện áp tự động
Bộ điều chỉnh điện áp tự động bao gồm các chức năng sau:
← - Điều chỉnh điện áp khi đạt 1/4% điện áp đầu cực.
← - Giới hạn theo đặc tính V/Hz.
← - Khởi động mền điện áp máy phát.
← - Phân bố dòng điện phản kháng.
← - Giới hạn kích thích.
Bộ điều chỉnh điện áp tự động chỉnh lưu và lọc thành phần điện áp máy phát lấy mẫu, sau đó so sánh điện áp máy phát với điện áp đặt DC ổn định. Nếu nó xác định điện áp máy phát lệch so với giá trị bình thường được đặt trước, thì tín hiệu sai số này sẽ được xử lý và gửi đến mạch kích xung làm cho đầu ra của cầu chỉnh lưu thyristor thay đổi một cách thích hợp để điện áp máy phát trở lại giá trị bình thường.
Bộ điều khiển điểm đặt điều chỉnh bằng tay hoặc từ xa cho phép nhân viên vận hành điều chỉnh điện áp máy phát tại chổ hoặc từ xa. Một tín hiệu khác được đưa vào mạch kích xung và tín hiệu được phân phối bởi hệ thống ổn định được cấp trực tiếp vào bộ điều chỉnh điện áp tự động để tránh sự mất ổn định.
8.11.3 Bộ hạn chế V/Hz
Bộ giới hạn V/Hz cần phải được tính toán và đưa vào làm việc, bởi vì từ thông tỉ lệ với tần số được lấy ra từ điện áp đầu cực máy phát. Từ thông vượt quá giới hạn có thể làm quá nhiệt và gây nguy hiểm cuộn dây stator máy đồng bộ hoặc lõi thép cán mỏng của máy biến áp. Bộ giới hạn V/Hz dùng để tránh quá nhiệt do từ thông tăng cao gây ra từ thông nam châm quá cao do vận hành quá điện áp hoặc tần số giảm thấp hoặc cả hai.
Bộ giới hạn V/Hz phổ biến dùng để bảo vệ máy phát điện đồng bộ (hoặc bất kỳ máy biến áp khối nào) trong các chế độ kích thích của máy đồng bộ khi khởi động hoặc dừng máy, khi chỉ riêng máy đồng bộ (và máy biến áp khối) được kích thích trong tình trạng tần số bị giảm thấp. Nó cũng có thể dùng để bảo vệ máy đồng bộ (và máy biến áp nối) do từ thông cao tại các mức khác nhau, cũng như chúng có thể xuất hiện trong chế độ off - line của máy phát khi mà không có dòng điện phản ứng phần ứng của máy phát để chống lại sự tăng điện áp đầu
cực máy phát tương ứng với sự tăng điện áp kích thích. Thỉnh thoảng, nó được sử dụng khi hai máy đồng bộ cùng khởi động đồng bộ với nhau, một máy là động cơ và một máy là máy phát.
Trong chế độ vận hành này, bộ giới hạn theo đặc tính V/Hz sẽ tác động tăng điện áp đầu cực máy phát khi tần số tăng. Hình 12 thể hiện mối liên hệ giữa sự thay đổi của tần số và điện áp máy phát.
Hình 12: Các đặc tính bộ hạn chế V/Hz 8.11.4 Khởi động mềm máy phát
Đối với một vài hệ thống kích từ cũ hơn thì nó không phổ biến để quan tâm đến độ vọt lố điện áp phụ thuộc vào khả năng hoạt động của hệ thống kích thích. Điện áp máy phát có thể vọt lố đến 15-20% trước khi ổn định tại một giá trị xác định của nó. Độ vọt lố điện áp máy phát xuất hiện khi hệ thống kích thích bắt đầu được cấp năng lượng và cường hành từ trường máy kích thích tĩnh với nguồn tự dùng để nhanh chóng đạt được giá trị ổn định của điện áp máy phát. Khởi động mềm máy phát là rất quan trọng vì quá điện áp có thể làm cho cuộn dây của máy phát bị ứng suất và thậm chí gây ra hiện tượng điện hoa (hiện tượng ion hoá không khí do do điện áp cao nó có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của cách điện).
Bằng việc điều khiển tốc độ tăng điện áp máy phát thông qua hệ thống kích từ, điện áp máy phát được khởi tạo với giá trị tốc độ định mức với một ít cho đến không có độ vọt lố. Xem hình 13.
Hình 13: Đặc tính khởi tạo điện áp máy phát 8.11.5 Bộ điều chỉnh dòng điện kích thích
Thường bộ điều khiển bằng tay (bộ điều chỉnh dòng kích thích) là một phần trong hệ thống kích thích. Bộ điều khiển bằng tay điển hình điều chỉnh điện áp kích thích hoặc dòng kích thích máy đồng bộ ở chế độ điện áp kích thích không tải cho đến điện áp kích thích cực đại mà máy đồng bộ yêu cầu khi đầy tải. Bộ điều khiển bằng tay được sử dụng điển hình qua quá trình thí nghiệm ban đầu và thực hiện chức năng dự phòng cho bộ điều chỉnh điện áp tự động khi xuất hiện sự kiện mất cảm biến điện áp. Chuyển đổi giữa bộ điều chỉnh điện áp tự động và điều khiển bằng tay phải không có dao động để tránh tạo ra sự thay đổi điện áp đàu cực hoặc công suất phản kháng hệ thống.
8.11.6 Các bộ điều chỉnh điện áp dự phòng
Ngày nay một vài hệ thống kích thích số có lắp thêm điều khiển bằng tay kèm theo bộ điều chỉnh điện áp, do đó chúng sử dụng một hộp giống như các bộ vi xử lý. Theo lý thuyết cũ hơn sự phân biệt giữa bộ điều chỉnh điện áp và điều khiển bằng tay không tồn tại lâu hơn.
Thay vào đó là sử dụng hai bộ điều khiển với bộ điều chỉnh điện áp dự phòng 100% và các bộ hạn chế có trong mỗi bộ điều khiển là hầu hết phương pháp phổ biến và thích hợp hơn cho việc dự phòng. Xem hình 14. Bộ điều khiển dự phòng sẽ điều chỉnh theo bộ điều khiển sơ cấp để đảm bảo một chuyển đổi giữa các bộ điều khiển không có dao động nếu có một lịch trình hoặc không có lịch trình chuyển đổi xuất hiện. Chuyển đổi giữa các bộ điều khiển có thể được thực hiện bằng tay hoặc qua một sơ đồ thuật toán sự cố, ví dụ như là khi sự cố đồng hồ giám sát bộ vi xử lý trong bộ điều khiển số và bị quá dòng không phụ thuộc bên trong hoặc bên ngoài bộ điều khiển.
Hình 14: Bộ điều khiển kép có dùng Hình 15: Chuyển đổi không có dao động phương pháp dự phòng giữa hai bộ điều khiển số
Hình 15 cho ta thấy một chuyển đổi giữa hai bộ điều khiển số. Thời gian thực hiện điều chỉnh có thể điều chỉnh để đặt thời gian đáp ứng nhanh đối với bộ điều khiển dự phòng sẽ cho phép để sao chép theo bộ điều khiển sơ cấp. Một dao động làm thay đổi nhỏ hơn 2% điện áp tại đầu ra máy phát là có thể cho phép.