VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN
CHƯƠNG 3: YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH
3.12 ĐIỀU KHIỂN DỰ PHÒNG VÀ LƯU GIỮ SỰ CỐ
Hệ thống kích thích điện tử và các rơle điều khiển phải cần sử dụng một số nguồn điện cung cấp để hoạt động. Khi xuất hiện hư hỏng gì mà nó làm mất đi nguồn điện điều khiển từ đó sẽ làm mất khả năng làm việc của hệ thống kích thích. Để tránh gặp phải trường hợp này, ta thường sử dụng nguồn cung cấp kép có đấu nối qua lại giữa hai nguồn cung cấp này để trở thành một nguồn hoạt động nhằm dự phòng cho nhau khi xuất hiện hư hỏng một trong hai nguồn. Thanh cái một chiều nhà máy thường là một trong hai nguồn. Nguồn thứ hai thường là nguồn AC với khả năng tương thích cao. Yêu cầu này đã trở thành một tiêu chuẩn khi thực hiện thiết kế cho các thiết bị hiện đại.
Hình 27: Ví dụ về một hệ thống kích thích có dự phòng
Do trong hệ thống kích thích đôi khi xảy ra một số hư hỏng nên chúng thường được thiết kế có tính dự phòng, nhưng hầu hết các hệ thống kích thích được thiết kế dự phòng trong hệ thống điều khiển dòng kích thích. Một vài ví dụ như sau:
← • Dòng điện định mức của cầu chỉnh lưu phải vượt quá giá trị định mức yêu cầu của rotor để khi mất một pha nguồn vẫn cung cấp đầy đủ dòng kích thích.
← • Hai cầu chỉnh lưu với dòng định mức của mỗi cầu cung cấp đủ cho mạch kích thích:
- Cả hai cầu đều làm việc, cho phép loại bỏ cầu hư hỏng.
- Một cầu không làm việc và ở trong trạng thái dự phòng cho tới khi xuất hiện hư hỏng.
- Có các khoá chuyển đổi cho phép cách ly cầu hư hỏng ra khỏi nguồn.
1 • Có ba hoặc nhiều hơn cầu chỉnh lưu, có khả năng cung cấp đầy đủ dòng kích thích khi một cầu không làm việc:
2 - Tất cả các cầu đều làm việc, cho phép loại bỏ cầu hư hỏng.
3 - Một cầu không làm việc và ở trong trạng thái dự phòng cho tới khi xuất hiện hư hỏng.
4 - Có các khoá chuyển mạch để cho phép cách ly cầu hỏng ra khỏi nguồn.
5 • Dự phòng các mạch mở xung cấp cho các cầu chỉnh lưu có dự phòng:
6 - Cầu và mạch mở xung đều có hai bộ.
7 - Mỗi mạch mở xung có thể điều khiển cho một cầu.
8 • Hai kênh điều khiển:
9 - Bộ điều chỉnh điện áp tự động dùng cho quá trình vận hành bình thường.
10 - Điều khiển kích thích bằng tay dùng để dự phòng cho AVR.
11 - Hai bộ điều chỉnh điện áp tự động.
- Hai bộ AVR với bộ điều khiển bằng tay dự phòng.
Có nhiều phương pháp dự phòng cho AVR như được liệt kê ở trên. Ta sẵn sàng cho phép dùng phương pháp điều khiển bằng tay để bổ sung cho quá trình điều khiển khi có sự cố trong bộ AVR bằng việc đưa ra khối chuyển đổi điều khiển kích thích, nhưng quá trình điều khiển bằng tay không được mong muốn trong vận hành bởi vì nó không góp phần duy trì việc ổn định lưới. Cho nên thường dùng phương pháp dự phòng kế tiếp là dự phòng bằng AVR.
Một vài ví dụ về sơ đồ dự phòng sẽ được nêu ra sau đây, tính dự phòng cao nhất là sơ đồ dự phòng được sử dụng trong hệ thống điều khiển kích thích bằng vi xử lý mà nó cho phép kênh dự phòng điều chỉnh làm việc thay cho kênh sơ cấp, sẵn sàng cho phép chuyển đổi tại lúc có dự báo trước hư hỏng.
Ví dụ đầu tiên mô tả AVR cổ điển với điều khiển kích thích bằng tay trong hình 28.
Việc vận hành chuyển mạch trong ví dụ này từ điều khiển AVR đến điều khiển bằng tay bằng cách thực hiện chuyển mạch các tiếp điểm cùng một thời điểm. Dạng vận hành này dễ dàng sử dụng trong các hệ thống kích thích quay bởi vì việc chuyển mạch dòng có thể cho phép, các chức năng của AVR và bằng tay có thể thấy theo thứ tự trong hộp đen. Chú ý ta sử dụng hai điốt đấu nối tiếp phản hồi để an toàn cho khoá chuyển mạch trong quá trình cho phép chuyển mạch sang điều khiển theo dòng kích thích.
Hình 28: Sơ đồ hệ thống dự phòng điển hình
Hình 29 diễn tả việc sử dụng đồng hồ đo không để cho phép người vận hành cân bằng kích thích bằng tay tới kích thích bằng AVR. Việc này nhằm tạo ra tác dụng giảm sóc trong khi chuyển đổi từ AVR đến điều khiển bằng tay nếu người vận hành điều chỉnh đồng hồ đo không tới zêro sai lệch giữa hai kênh. Cấu tạo này cho phép chuyển đổi qua lại trong khi đang làm việc trên lưới với đầy tải. Để sử dụng được sơ đồ này yêu cầu phải có nguồn cung cấp cho cả hai kênh bằng tay và các kênh AVR. Ngoài ra, một điện trở tải thường được yêu cầu để đảm bảo việc đo lường chính xác tại đầu ra của kênh không nối đến kích thích. Kế tiếp là các đầu ra âm của hai kênh được nối với nhau không qua bất kỳ tiếp điểm nào và đồng hồ đo không được nối ngang qua các đầu ra dương của hai kênh. Đồng hồ đo không chỉ thị sai lệch điện áp giữa hai kênh. Điều này cho phép chuyển đổi bằng tay giữa các kênh. Hình 30 là hình của một đồng hồ đo không điển hình được sử dụng trong các khối chuyển mạch.
Hình 29: Chuyển đổi không có dao động dùng phương pháp đồng hồ đo không
Hình 30: Đồng hồ chỉ không
Từ việc một người vận hành có thể chỉnh không các kênh làm ta nghĩ ra cách để điều chỉnh tự động. Hình 31 mô tả sơ đồ sử dụng một hộp đen được thiết kế đặc biệt để giám sát điện áp từ hai kênh nhằm để điều khiển kênh bằng tay và cân bằng nó đối với kênh AVR.
Bằng việc giám sát cùng một tín hiệu như đồng hồ đo không, thiết bị sẽ phát hiện một tín hiệu sai số và điều chỉnh giá trị cài đặt của nó. Điều chỉnh thông số cho bộ điều khiển điện áp bằng tay tức là đặt đầu ra của MVC đến một vài giá trị điện áp. Các tiếp điểm tăng và giảm được sử dụng nhằm thực hiện điều chỉnh thông số từ đó thay đổi giá trị đặt bộ điều khiển bằng tay khi kích thích máy phát được cung cấp từ bộ điều khiển bằng tay. Một đặc điểm rất quan trọng của kiểu điều chỉnh tự động này là sử dụng thời gian trễ trước khi cho phép bộ điều khiển bằng tay sao chép giá trị điều chỉnh của bộ AVR. Với một thời gian trễ ngắn khoảng 1s ta có thể cho phép rơle bảo vệ cắt AVR và chuyển sang bộ điều khiển bằng tay. Thời gian trễ để chuyển đến
điều khiển bằng tay nhỏ hơn thời gian đặt trước để cho phép bộ điều chỉnh bằng tay thực hiện sao chép, điều này cho phép các rơle bảo vệ cắt AVR để chuyển sang điều chỉnh bằng tay trước khi điều khiển bằng tay khởi động sao chép đầu ra AVR không đúng.
Do đó đã có các sơ đồ khác được phát minh dựa vào nguyên lý này, đó là tạo ra bước nhảy bằng việc sử dụng hai kênh AVR thay cho một AVR và bằng tay. Hình 32, hai AVR độc lập được sử dụng trong sơ đồ để cho phép chuyển tới AVR dự phòng bằng tác động của rơle K1. Mỗi AVR có một điện trở tải để tạo ra tín hiệu đồng hồ đo không chính xác trong khi giám sát. Người vận hành có thể cân bằng bằng tay đồng hồ đo không giữa hai kênh và chuẩn bị để chuyển đổi đến kênh dự phòng mà không tạo ra dao động khi tổ máy làm việc. Cả S1 và S2 bình thường đóng và chỉ mở nếu một kênh đã được nghi ngờ là có hư hỏng. Thiết kế này tạo ra khả năng điều khiển đầy đủ trong chế độ điều khiển dự phòng để thực hiện ổn định lưới, vì thế kênh không hoạt động được loại bỏ nếu kênh dự phòng hoạt động tốt.
Hình 32: Điều khiển điều chỉnh kích thích kép
Để tự động hoàn toàn sơ đồ này, ta chú ý đến việc tạo ra việc sao chép của AVR dự phòng khi AVR sơ cấp điều chỉnh điểm đặt. Ta cũng nên quan tâm đến việc chuyển đổi không có gián đoạn từ kênh sơ cấp đến kênh dự phòng mà không cần quan tâm đến các trạng thái vận hành của máy phát. Ta nên điều chỉnh trong kênh sơ cấp có một thời gian trễ chính xác để cho phép bảo vệ ngoài xác định hư hỏng và khởi động chuyển nhanh đến kênh dự phòng cho tới khi đạt được trạng thái vận hành tại dòng điện kích thích trước đó 1s, trước khi kênh sơ cấp đã biểu lộ ra vấn đề hư hỏng.
Tất cả các kiểu này và hơn thế nữa có thể được sử dụng bằng việc sử dụng các hệ thống điều khiển kích thích đa chức năng bằng vi xử lý. Ngoài ra, mỗi kênh có thêm bộ điều khiển bằng tay, các bộ hạn chế và các chức năng bảo vệ độc lập hoàn toàn. Với tất cả các chức năng đó, một hệ thống điều khiển kích thích có thể được thiết kế cho các hệ thống kích thích quay cũng như tĩnh với mức dự phòng rất cao và tính sẵn sàng cao cho mỗi kênh.