KIỂM NGHIỆM ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CỦA MÁY PHÁT SF4006616470 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA

PHÂN BAN B1. Nguồn điện
1

KIỂM NGHIỆM ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT
CỦA MÁY PHÁT SF400-66/16470 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA
Đỗ Việt Bách
Công ty Thủy điện Sơn La
Tóm tắt: Báo cáo gồm có các nội dung chính:
1. Từ lý thuyết máy điện, phân tích và tính toán để kiểm nghiệm đặc tính công
suất cho máy phát Nhà máy thủy điện Sơn La, có so sánh với bản vẽ nhà thầu
Alstom cung cấp để đảm bảo nghiên cứu là chính xác.
2. Trên cơ sở đó tác giả đã viết phần mềm “Power characteristic curve 1.1” vẽ
đặc tính công suất máy phát đồng bộ cực lồi, với dữ liệu nhập vào tùy chọn và
khả năng tùy biến cao các đặc tính.
3. “Power characteristic curve 1.1” có tính ứng dụng cao: Giúp tối ưu hóa chế độ
vận hành, tra cứu, đào tạo, khảo sát năng lực điều chỉnh công suất của tất cả
các máy phát trên hệ thống điện với thông số kỹ thuật khác nhau.
1. CÔNG THỨC P - Q TỔNG QUÁT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CỰC LỒI
n cc n khe h i xng b dc trc
X
d
 
q
, n cc li khe hi dc trc và ngang
trc là khác nhau nên
.
dq
XX

Vng b cc li:
q d d q q

U E jI X jI X  


Hình 1
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
2

T hình 1 ta thành lc h  Q tng quát cng b cc li:
2
22
11
sin sin 2 (1)
2
()
1 1 1 1
cos cos2 (2)
22
d q d
d q d q d
EU U
P
X X X
I
EU U U
Q
X X X X X





  






   

    
   

   
   


T h y khi
dq
XX
công sut tác dng, công sut phn kháng ca máy
phát cc n ch ng hp riêng ca máy phát cc li.
2. KIỂM NGHIỆM ĐẶC TÍNH P - Q MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN SƠN LA BẰNG TÍNH
TOÁN
Vi công thc P  Q tng b cc li (1) ta s v c tính
công sut t thông s ca máy phát SF400-66/16470 Nhà máy thng vn áp
u ci U
stato
= 1pu.
Thông s   c s dng t tài li       
l Calculation Result) ca Alstom.

Thông s chính:


1.074
0.706
d
q
X
X

2.1. Giới hạn quá nhiệt stato
n chy trên thanh dn stato sinh ra tn tht stato
máy phát.
D thn trên thanh dc xnh theo công thc:
22
33
PQ
S
I
UU



c tính P  Q cc xây dng vi gi thiu ci nên
theo công thn trên thanh dn t l vi công sut biu kin S.
Xây dc tính P  Q trong h  i vi hn quá nhit
nh
22
1.
dm dm dm

S P Q p u  
i hng tròn tâm 0 có
bán kính = 1 pu.
Trên trc Q  P v ng tròn bán kính R0 = 1p.u ly nng tròn là phc gii
hn quá nhit stato.
PHÂN BAN B1. Nguồn điện
3

2.2. Giới hạn turbine
-.44 MWn
c tip t turbine nên chu ph thuc vào công sunh mc và hiu sut ca
turbine.
ng gii hn công sung thng song song vi trc Q và ct P ti
P = P
turbine

.92 
 MW. Vì ta c

2.3. Giới hạn quá nhiệt rotor - quá kích thích
n dây rotor s b quá nhit, công sut vô cô
làm các thit b nu cn th chính, máy bin áp t dùng s b
t.
Chính vì v gii hn quá nhit rotor cn khng ch dòng kích t nh  ti
hn
(th)ff
II

(th)f
I

ng vi sng ngang trc E
max

T  a máy phát cc li:
2
max
22
max
11
sin sin 2
2
1 1 1 1
cos cos2
22
d q d
d q d q d
EU
U
P
X X X
EU
UU
Q
X X X X X



  




   
    
   
   
   

E
max
là giá tr E tha mãn ti các giá tr nh mt hàng vi nhà thu, vi máy phát Nhà máy
th



= 0.9 (U = const = 1).
ng b ngang trc
 0.706
q
X
, nên E
max
vi máy phát là thn La
không th l
1 0.706 1 2.42pu

E
max

 Chia nh giá tr c




   
 
vi giá tr n
1
 nh. Nu chia thành
1000 giá tr 

 

 

  

 

D  c tính hình V nhà thu cung cp chia nh giá tr ca E thành các




  

vi giá tr n
2
 nh. Nu chia thành 1000 giá tr 

 



 

 

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
4


Thc hin 2 vòng lp vi 



 ta có tt c 

 

c lp, ti mc lp ta tính
c 



, so sánh 



vi 

  


 

   


  cùng nh  cho phép ta có 



cnh.

Dùng thuc E
max
= 1.ng v.452 rad (25.90
o
)
vi sai s P & Q cùng nh .001 pu (0.4 MW).
V  th 2 trc Q, P vi các giá tr hng s: E
max
= 1.c gii hn theo E
max
trên
c tính P Q.
2.4. Đường ổn định theo lý thuyết
ng nh theo lý thuyng nh tính toán cn cc li theo góc n
nh  gia rotor máy phát và h thng.
Theo lý thuyt nh, máy phát nh vi    

, ti góc    


phi là 1 cc tr ca
hàm công sut tác dng P.
y lo hàm ca P và gán
0
dP
d


m gii hnh  góc ti
s

là
nghim c
0
dP
d



T (1) ca h 
2
11
os os2
q
d q d
EU
dP
c U c
d X X X




  




s

tha mãn:
2
11
os os2 0
q
ss
d q d
EU
c U c
X X X


  




Hay:
22
os2 sin
1 1 1 1

sin os2 tan
os
q
ss
s s s
d q d s q d
EU
c
U U c
X X X c X X

  

   
     
   
   
   
(3)
Thay (3) vào (1) suy ra:
22
tan sin
dq
s s s
qd
XX
PU
XX




(4)
Thay (3) vào (2) ta có:
PHÂN BAN B1. Nguồn điện
5

2
22
os
dq
ss
d q d
XX
U
Q U c
X X X


  
(5)
Khi
0
s


thì
0
s
P 
;

2
s
q
U
Q
X


Khi
0
90
s


thì
s
P 
;
2
s
d
U
Q
X


ng nh theo lý thuyt s bu  m có
2
1.4164
s

q
U
Q
X
   
và tim cn
ra
s
P 
ti
2
1
0.9311
1.074
s
d
U
Q
X
     

S dng công c toán h v  th hàm s thng
c tính nh theo lý thuyt.
2.5. Giới hạn thiếu kích thích
 nh i v
 kh   ng gin mc làm cho
máy phát không th chuyn công suc na (máy phát b
thích) thì máy s b mng b, t  t t

Gii hn thit trong min công sut tác dng P thp & máy phát hút Q

nh t giá tr Q
min
n ng phn ng là tr t rt mnh => dòng kích thích
f
I

t nh =>
f
E
có th nh ng ti thiu AVR cm nh c
làm cho máy phát có th b mt kích t.
Chính vì vu tiên ta s chuyc tính mt kích t theo tng tr lên c tính P Q máy phát,
 c tính thiu kích thích theo dòng kích t ti thiu AVR có th u khin.
Tham kho trang 21/79 tài li
cung cp v t bo v mt kích t máy phát Th
Vi:
'
1 0.5 (uns ) 0.5 0.285 0.1425
1 (uns ) 1.074
Xa X d at
Xb Xd at
   


Ta s chuyc tính mt kích t trên h trc tng tr (X-R) sang h trc công sut (P - Q).
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
6

Vi
dm

UU
m E1 có t:
'
10
22
1 0.8220
2 1.074 0.285
2
P
Q
dd
E
E
XX

     



m F1 có t:
'
10
22
1 7.0175
0.285
P
Q
d
F
F

X

     

V ng kính 



& ly trong min gii hn nhic tính thiu
kích thích.
Trong vùng thiu kích thích mch t là tuyn tính vì vy hoàn toàn có th coi mch t không
bão hòa hay
f
I
t l thun vi E.
Theo thông s máy phát thì:
1 . ( ) 1028 1
f
pu I A E

Và khi không ti:
( ) 1140
f
IA

Suy ra quan h
( , )
f
EI
:

1140
1.109
1028
f
I E E

y ta s v c tính P Q vi dòng kích t Min nh nht AVR kích t Nhà máy thn
 u khin = 10% I

hay vi
10% 1
1.109 11.09
E 

Trên matlab v  th P  Q tha mãn E = 1/11. th sau:

PHÂN BAN B1. Nguồn điện
7

c tính trên bo v mt kích t m bo s c khi mt kích t tht s,
tng nh nht AVR có th cm nhu chc dòng kích t
2.6. Công suất từ trở
ng công sut t tr c tính ch trng thái công sut mà máy phát có th sn xut
khi hoàn toàn mt tích t (E = 0).
Thay E = 0 vào h 
2
11
sin2
2
qd

U
P
XX







22
1 1 1 1
os2
22
q d q d
UU
Qc
X X X X

   
    
   
   
   

S dng toán hc khng công sut t tr ca máy phát.
2.7. Ổn định theo thực tế
Trong bn v 
cng nh theo thc t.
ng nh khi máy phát SF400-66/16470 ni vi h thng, ta xem xét nh ca

c cn kháng MBA n áp U không còn  u
cc coi là U t xa trên h thng có:
d d ht
q q MBA
X X X
X X X





Vì h thng lt nhiu vi máy phát, nên ta s mô phng vi
d
x


ng dây
truyn ti công sut không có khe h dc trc & ngang trc ca dây cun trên mch t nên ta b
n kháng ngang trc.
Chn kháng ngang trc ca h thn kháng MBA ta có:
3
% 100 %
dm
MBA MBA N
dm
I
X X U
U
   


0.706 0.15 0.856
q q MBA
X X X

    

d
X



Thay X
d+
, X
q+

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
8

22
tan sin
dq
stt s s
qd
XX
PU
XX







2
22
os
dq
stt s
d q d
XX
U
Q U c
X X X


  

  

V  th hàm s
(Q , )
stt stt
P
c tính nh theo thc t.
2.8. Tổng hợp các đặc tính
Tác gi  d kh th toán hc trên, sau khi kt hc
c tính P Q c

Chuyn sang h t  th sau:

PHÂN BAN B1. Nguồn điện
9

Nhn xét:
ng gii hn: Quá nhiệt stato, ổn định theo lý thuyết, công suất từ trở, thiếu kích thích
theo AVR có t là trùng khp vi bn v c tính P  Q Alstom cung cp qua bn v 

Giới hạn thiếu kích thích: Tác gi c tính này t vic chuyn t X  R
ca bo v mt kích t 40G sang trc t P  Q, kt qu cho thy bo v m bo yêu
cu dng t c khi AVR mt kh u khin dòng kích ty ct 40G là
tin cy.
Giới hạn Emax Giới hạn quá nhiệt rotorc xây dng t vic l nh E
max
ti thi
m P = P

=400 MW & Q = Q

c tính P  c v vi E
max
c
ng này li có sai khác vi gii hn trên bn v Alstom cung cp. Trong
thc t gii hn quá nhic set vi dòng kích t I
kt
.1Ikt

, nu theo thc t này thì
cách xây dc tính tác gi chính xác.

Ổn định theo thực tếc xây dng t gii hn theo lý thuyt, vì không có thông
s v h thng mà Altoms gi nh, nên tác gi m kho sát có X
q
bn kháng MBA
18/500kV & có X
d
rt ln. Gi nh này sau khi xây dc tính P  Q có sai s nh so
vi bn v ca Alstom.
Vic xây dc tc bit là xây dng chính xác trong vùng thiu kích thích là
 chc chn cho nghiên cu ci tin kh a máy phát Nhà máy th
3. PHẦN MỀM: “POWER CHARACTERISTIC CURVE 1.1”
T lý thuyt xây dng  các phn trên, tác gi ã vit phn m
c lp trên windows vi giao di ha d dàng cho nghiên co và vn
hành.
3.1. Giao diện và khả năng sử dụng của “Power characteristic curve 1.1”
Dữ liệu nhập vào tùy chọn: i dùng nhp t bàn phím hoc tích chut ch 
 t n thông s ca máy phát Nhà máy th
Cho phép tùy biến các đặc tính: i dùng có th i các thông s cho phù
hp vi m di góc rotor i giá tr n kháng cng thêm
c tính nh theo thc t
Đồ thị trực quan: Có th 1 tích chut v tt c, ho v
 th trùng vi màu tên cc tính.
Cho phép chuyển giữa đơn vị tương đối và đơn vị có tên: Thun tin cho tra cu vn hành.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
10

Công cụ đồ thị mạnh: Vì phn mc biên dch t c các công c mnh
c th y t m chính xác, phóng to hoc thu nh, di chuy th,
xoay 3D
Hỗ trợ tính được E

q
và δ: Vi d liu nhp vào là P, Q, U và sai s 
tr c E
q
y s  thông s xác ln.

3.2. Khả năng ứng dụng của “Power characteristic curve 1.1”
ng dng khi ginh mc có th nh máy phát s nh trong
di P   khoa hc chc ch xut giu cc máy
phát Thng < 17.1 kV (17.1 kV = 95% U

).
Tra cu trong thc tin vn hành: Kim tra giá tr P  Q thuc tính công suc khi thay
i công sut t máy.
ng d hi bn cht cc tính công sung b
cc li.
ng ca Xd, Xq u chnh P, Q ca t máy.
Phc v lp thit k, lp h i thu máy phát
Ví d ng dng c
Ta s kim tra máy phát Th-ng b vi P = - 6.5 MW;
PHÂN BAN B1. Nguồn điện
11

Q = - 209.8 MVar khi giu cc còn U
18kV(S)
= 16.64 kV
S dng phn mm “Power characteristic curve 1.1” d dàng kiu này:

   y v n áp 16.64 kV máy phát có th thu Q
max

= -312 MVar, vi
Q = -209.m bo nm trong vùnc tính P  y t máy bù có th gin
áp xung 16.nh m gi n áp 500 kV ca h thng mà vn
m bo t máy vn hành nh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Máy điện 1 - Vũ Gia Hanh (chủ biên), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[2] Máy điện 2 - Vũ Gia Hanh (chủ biên), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
[3] Phân tích chế độ xác lập đường dây tải điện và lưới điện - Đỗ Xuân Khôi.
[4] Vận hành nhà máy điện - Trịnh Hùng Thám.
[5] Máy biến áp - Phạm Gia Bình, Lê Văn Doanh, Tôn Long Ngà.

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
12

[6] Thử nghiệm bảo vệ mất kích từ trên cơ sở phối hợp làm việc với đặc tính máy phát - Lê
Kim Hùng, Vũ Hoài Nam.
[7] Underexcitation Protection based on Admittance Measurement - Dr. Hans-Joachim
Herrmann