VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN
CHƯƠNG 3: YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH
3.6 CÁC BỘ HẠN CHẾ
- Giống như một bảo vệ để tránh máy phát làm việc ngoài vùng giới hạn của nó, một hệ thống kích thích hiện đại sẽ được sử dụng kèm theo nó là các bộ hạn chế kích thích. Các bộ hạn chế đã trở thành cần thiết khi đấu nối máy phát vào lưới, mà ở đó các điều kiện làm việc của lưới có thể điều khiển máy phát vượt ra ngoài giới hạn định mức
của nó trong sự cố gắng của máy phát để duy trì điện áp lưới.
Hình 21: Hạn chế quá kích thích để máy phát vận hành an toàn
- Kích thích máy phát bị hạn chế bởi nhiệt gây ra do dòng điện kích thích trên các cuộn dây rotor. Vì tín hiệu hạn chế quá kích thích giám sát dòng điện kích thích cuộn dây rotor sẽ làm cho nhiệt độ cuộn dây kích thích không tăng quá mức. Cho phép kích thích cực đại định mức liên tục lớn hơn định mức max 1s hoặc 10s. Nếu ta nắm rõ đặc tính nhiệt cuộn dây kích thích, ta có thể sử dụng tối đa khả năng của máy bằng việc đặt nhiều cấp cho bộ hạn chế dòng kích thích. Ví dụ, một bộ hạn chế có thể được lắp đặt với hai hoặc ba cấp hạn chế dòng. Mức cao nhất hoạt động không có thời gian trễ để đặt tới giá trị max của dòng kích thích dưới bất kỳ điều kiện vận hành nào. Nếu dòng điện đạt đến giới hạn cao và giữ ở giới hạn này một khoảng thời gian, bộ hạn chế có thời gian trễ đầu tiên có thời gian tác động tức thời giảm dòng điện kích thích. Nếu dòng điện kích thích vẫn duy trì tại giới hạn có thời gian trễ thứ hai có thời gian điều chỉnh giá trị khác, bộ hạn chế có tín hiệu gian trễ thứ hai có thể tác động giảm dòng điện kích thích đến một giá trị vẫn còn có thể thấp hơn, thường là tại mức kích thích có thể duy trì liên tục không nguy hiểm.
Hình 22: Bộ hạn chế kích thích thấp của máy phát
- Hạn chế kích thích thấp được sử dụng để giữ giá trị kích thích tại giá trị cực tiểu tránh tổ máy mất đồng bộ. Đồng bộ của rotor với tần số stator phụ thuộc vào lực hút nam châm của rotor với từ trường nam châm quay của stator. Khi vận hành song song với lưới, việc giảm kích thích làm giảm hệ số công suất trễ pha. Giảm hơn nữa cho tới khi công suất phản kháng đã giảm tới 0 và tổ máy bắt đầu tiêu thụ công suất phản kháng (hệ số công suất sớm pha), gây ra làm suy yếu lực hút từ trường nam châm tới stator. Khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của một máy phát trước khi tổ máy có thể xảy ra trượt cực. Nhưng bị đặt quá xa, ta có thể để máy rơi từng bước tới trượt cực. Vận hành máy phát không đúng sẽ nhanh chóng gây ra nguy hiểm máy phát và phải được tránh bằng tất cả khả năng có thể. Bằng việc giám sát tải công suất phản kháng và công suất tác dụng của máy, một bộ hạn chế kích thích thấp loại bỏ qua một bên việc giảm quá mức dòng điện kích thích và tránh tổ máy làm việc quá xa trong vùng làm việc sớm pha.
- Loại thứ ba của bộ hạn chế có thể được yêu cầu trong một vài ứng dụng đó là bộ hạn chế dòng điện stator. Khi bộ hạn chế stator phát hiện dòng điện stator vượt quá điểm đặt, kích thích sẽ giảm để giữ dòng điện stator tại điểm đặt max. Dạng bộ hạn chế này có thể được sử dụng để giữ dòng điện stator trong giới hạn chỉ bởi việc giảm dòng điện phản kháng sớm pha thông qua điều khiển hệ thống kích thích.
Hình 23: Rơle bảo vệ chạm đất mạch kích thích 3.7 BẢO VỆ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH
Chắc chắn các chức năng bảo vệ của hệ thống điều khiển kích thích sẽ trở thành tầm thường như các bảo vệ khác khi được lắp chung trong hệ thống bảo vệ thanh cái máy phát.
Rơle bảo vệ chạm đất kích thích là một ví dụ của hệ thống kích thích có liên quan đến bảo vệ rơle. Xem hình 23. Vài ý kiến vận hành đã được sử dụng đối với rơle này, nhưng một ví dụ là nối nguồn điện áp thấp giữa một phía của cuộn dây kích thích và đất. Cuộn dây kích thích được đặt cách ly với đất, vì thế nguồn điện áp có thể không gây ra bất kỳ dòng điện chảy nào. Đối với cách điện nhỏ hơn 20KΩ, một tiếp điểm cảnh báo trước được đóng. Đối với điện trở cách điện nhỏ hơn 5KΩ, một tiếp điểm cắt được đóng và rơle đích sẽ tác động. Dòng điện chảy qua rơle là rất thấp, vì thế không có nguy hiểm tạo ra bởi dòng điện nhỏ của rơle chảy qua điểm bị sự cố cách điện. Ta nên cấp bách sửa chữa chạm đất cuộn dây kích thích trước khi xuất hiện điểm chạm đất thứ hai, tại thời điểm xuất hiện điểm chạm đất thứ hai sẽ nguy hiểm cho cuộn dây kích thích giống như sự cố mở rộng và sửa chữa chi phí đắt. Nhưng ta phải tạo ra cảnh báo chung với điểm chạm đất đầu tiên và thực hiện sửa chữa tại thời điểm dừng máy kế tiếp khi có thể.
Hình 24: Máy biến áp cảm biến xoay chiều kép và rơle cân bằng điện áp
Điện áp cảm biến đưa tới AVR rất quan trọng, bởi vì mất một trong các cầu chì PT sẽ dẫn đến sự cố chính của hệ thống kích thích. Một vài tổ máy được lắp đặt với hai ngăn PT, việc sử dụng một rơle cân bằng điện áp (thiết bị 60) để xác định mất cầu chì. Rơle và đo lường phụ thuộc vào điện áp PT, rơle cân bằng đôi khi được sử dụng để chuyển đổi tải từ PT bị hỏng sang PT đang vận hành tốt.
Khi điều khiển kích thích, mất tín hiệu PT thường được chuyển tự động từ chế độ AVR sang chế độ điều khiển bằng tay. Tại chế độ điều khiển bằng tay không phụ thuộc vào phản hồi điện áp đầu cực máy phát, nó an toàn làm việc khi chuyển đến chế độ điều khiển bằng tay cho tới khi vấn đề về các tín hiệu PT đã được khắc phục. Nếu điều khiển kích thích có lắp đặt điều chỉnh tự động giữa các chế độ làm việc và nếu có đặt thời gian trễ trong việc điều chỉnh tránh bộ điều chỉnh bằng tay sao chép nhanh theo giá trị không đúng đầu ra AVR, điều khiển bằng tay sẽ có thể được chuyển qua tại giá trị giống với điểm làm việc mà tại điểm đó bộ AVR đã làm việc trước khi mất tín hiệu PT.
Nếu chỉ 1 ngăn PT làm việc, ta được đề nghị sử dụng một rơle điện áp cân bằng và chức năng rơle kém áp để khởi động chuyển từ AVR sang điều khiển bằng tay theo lệnh của rơle cân bằng điện áp. Các bộ hạn chế kích thích cũng hoạt động để tránh AVR điều khiển kích thích quá cao, nhưng thường bộ hạn chế được cài đặt cao để giữ điện áp máy phát dưới điều khiển của AVR và không được dùng bộ hạn chế kích thích để chuyển khỏi chế độ AVR.
Rơle quá kích thích trong dạng V/Hz (thiết bị 24) thường được sử dụng như một phần của bộ bảo vệ máy phát, nhưng trong hệ thống kích thích một rơle quá dòng kích thích và/hoặc có chức năng rơle quá áp kích thích có thể được sử dụng. Dòng kích thích thường được lấy làm chuẩn, bởi vì sự thay đổi điện áp kích thích cực mạnh thường do trong thời gian ngắn mạch, vì thế rơle cần có thời gian trễ để lướt qua sự thay đổi điện áp ngắn mạch.
Dòng kích thích không thay đổi đúng vậy bởi vì hoạt động của điện kháng kích thích mà nó chống lại các thay đổi bất chợt trong dòng điện kích thích. Ta vẫn cần thiết để dòng điện kích thích cao chạy trong thời gian ngắn, mặc dù như thế rơle dòng điện kích thích cũng phải đặt
có thời gian trễ.
Trong các hệ thống kích thích đa chức năng hiện đại, vài chức năng bảo vệ cổ điển vẫn sử dụng, nếu thấy cần thiết. Máy phát làm việc với chế độ quá và kém áp và các rơle quá nhiệt độ kích thích là các ví dụ của các chức năng thường được sử dụng như một phần của gói bảo vệ máy phát. Còn có các chức năng mở rộng cao cấp khác của công nghệ đa chức năng có trong các hệ thống kích thích hiện đại.