tự động hóa trong hòa đồng bộ

TỰ ĐỘNG HÓA
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

TS. Vũ Thị Anh Thơ
Đại học Điện Lực


Chương IV

TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ

2


Tự động hòa đồng bộ
1 – Khái niệm chung
Định nghĩa: là quá trình đưa các máy phát điện đồng bộ vào làm việc song song với nhau hay song song với Hệ
thống điện.

Vai trò của hòa đồng bộ:
 Nâng cao tính kinh tế trong vận hành
 Nâng cao độ an toàn cung cấp điện
 Đảm bảo chất lượng điện năng (tần số và điện áp)

Yêu cầu:
- Máy phát điện làm việc riêng rẽ: không cần đồng bộ với nhau
- Máy phát điện làm việc song song: đồng bộ với nhau

3

Tự động hòa đồng bộ
1 – Khái niệm chung

Điều kiện đồng bộ



Rotor của các máy phát quay cùng một góc độ điện như nhau



Góc lệch pha tương đối giữa các rotor không được vượt quá một giới hạn cho phép



Điện áp quy đổi ở đàu cực các máy phát điện phải gần bằng nhau
Nếu một trong ba yêu cầu trên không được đáp ứng, sẽ sinh ra chênh lệch điện áp (điện áp phách Up) giữa các
máy phát. Khi đóng máy phát sẽ sinh ra dòng điện (dòng cân bằng Icb) có thể làm hỏng trục máy phát

Điều kiện hòa đồng bộ trở thành:

4



Dòng điện cân bằng lúc đòng máy không được vượt quá giá trị cho phép



Rotor của máy phát hòa điện sau khi đóng máy phải quay đồng bộ với rotor máy phát đang làm việc

Tự động hòa đồng bộ
2 – Điện áp phách

Khái niệm: điện áp phách là hiệu số hình học của điện áp hai máy phát cần hòa với nhau hoặc giữa máy phát cần
hòa với hệ thống điện. Điện áp phách xuất hiện khi các vector điện áp này khác nhau

HĐB

MF

~

~
I

II

Điện áp phách

& =U
& −U
&
U
P
I
II

5

UI

&
U
P

HT

U II


Tự động hòa đồng bộ
2 – Điện áp phách

&
U
I

Góc lệch pha giữa các rotor máy phát δ

_

_

6

& =0
U
P khi

& ≠khi 0
U
P

và

U I = U II

&
U
II

δ=0
δ

U I ≠ U II

hoặc

δ≠0


Tự động hòa đồng bộ
2 – Điện áp phách

Điện áp máy phát

u I = U I sin ωI t
Điện áp của hệ thống

u II = U II sin ωII t
 Điện áp phách

UI

&
U
P

ωI
ωI t
δ

u P = u I − u II
= U I sin ωI t − U II sin ωII t

7

ωII t

ωII

U II


Tự động hòa đồng bộ
2 – Điện áp phách

Trường hợp



U I = U II = U

u P = U ( sin ωI t − sin ωII t )
 ωI − ωII
= 2U sin 
 2

Đặt


 ωI + ωII
t ÷cos 
2



∆U

ωI


t÷


ωI t
δ

là tốc độ góc trượt

ωP = ωIlà −tốcωđộIIgóc trung bình
ωI +là góc
ωIIlệch pha giữa các rotor
ωtb =
2
Khi đó
δ = ωP t

δ
u P = 2U sin cosωtb t
2
8

UI

ωII t

ωII

U II


Tự động hòa đồng bộ
2 – Điện áp phách

U I = U II = U

Trường hợp

δ
u P = 2U sin cosωtb t
2




u II

Giá trị điện áp phách cực đại khi

cosωtb t=1
u Pmax = 2U sin

δ
2

Đường cong này gọi là đường bao điện áp phách, có
tần số phách:

fP =

9

uI

ωI − ωII ωP
=
2π
2π

u Pmax = 2U sin

δ
2

uP


Tự động hòa đồng bộ
2 – Điện áp phách

Trường hợp

U I ≠ U II

U P = U I2 + U II2 − 2U I U II cosδ




Giá trị điện áp phách cực đại khi

δ=180o

U Pmax = U I + U II

10

U

UP

up
t


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng

Khái niệm: dòng điện cân bằng là dòng điện chạy vòng qua các máy phát điện làm việc song song với nhau khi vector điện áp của
chúng không bằng nhau.



Điện áp phách UP là nguyên nhân gây ra dòng điện cân bằng Icb

HĐB

MF

~

~

Suất điện động các máy phát1bằng nhau

2

 Giá trị tức thời của dòng điện cân bằng khi đóng máy cắt

E I = E II = E"d

1.8: hệ số tính đến thành phần không chu kỳ

''
d
''
d II

2 .1,8.2 E
i = ''
xd I + x12 + x
''
cb

11

δ
.sin
2

2

: Hệ số tính đến biên độ của dòng điện

x "dI , x:"dĐiện
kháng siêu quá độ của máy phát
II
x12

: Điện kháng của đường dây nối hai MF

HT


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng

Ảnh hưởng của dòng điện cân bằng
o
Khi điện áp của máy phát và hệ thống ngược pha nhau (δ=180 )

''
2.1,8.2E
d
i ''cb = ''
x dI + x12 + x d'' II

Nếu máy phát nối vào hệ thống có công suất vô cùng lớn

 Dòng cân bằng lớn gấp hai dòng ngắn mạch

(x

''
+
x
12
d II = 0

đầu cực máy phát

''
2.1,8.2E
d
i ''cb =
x ''dI

 Thành phần tác dụng của icb tác động lên cuộn

12

dây và trục máy phát

)


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng



Ta có thể phân tích dòng điện cân bằng thành 2 thành phần
Icb = Icb.a + j. Icb.r

Trong đó :
+ Icb.a: thành phần tác dụng của dòng điện cân bằng
+ Icb.r : thành phần phản kháng của dòng điện cân bằng

13


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng

Ảnh hưởng của dòng điện cân bằng

U I ≠ U II , δ = 0, w1 = w2

UI

UP

UII

Icb

Thành phần tác dụng của dòng cân bằng là 0
Không có momen tác dụng tác động lên trục máy phát nhưng vì I cb lớn chạy qua máy phát nên cuộn dây stato nóng thêm

Kết luận: Khi hòa điện có góc δ sẽ nguy hiểm cho trục máy phát và tua bin  Khi hòa điện không được để δ vượt quá giá
trị cho phép δcp

14


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng

Ảnh hưởng của dòng điện cân bằng

HĐB

MF

~

~
1

HT

2

( U I = U II , δ ≠ 0 )
UP

Khi góc pha của hai điện áp khác nhau

Momen cân bằng tác động lên trục máy phát

δ
M cb ≡ Pcb = U I Icb cos
2
 Momen này có thể làm hỏng trục máy phát

15

U II

UI
Icb
Icb cos

δ
2


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng

Ảnh hưởng của dòng điện cân bằng

HĐB

MF

~

~
1

2

U I ≠ U II , δ ≠ 0
UP ⊥ UI

Khi

UP
UI

Giả sử



Dòng cân bằng trùng pha với UI

Công suất cân bằng

Pcb = U I Icb > 0

 Momen này cũng tác dụng làm hỏng trục máy phát

16

HT

Icb

U II


Tự động hòa đồng bộ
3 – Dòng điện cân bằng

Ảnh hưởng của dòng điện cân bằng

HĐB

~

MF

~
1

2

U I ≠ U II , δ ≠ 0
UP ⊥ UI

Khi

UP
UI

Giả sử



Dòng cân bằng trùng pha với UI

Công suất cân bằng

Pcb = U I Icb > 0

 Momen này cũng tác dụng làm hỏng trục máy phát

17

HT

Icb

U II


Tự động hòa đồng bộ
4 – Phương pháp hòa đồng bộ chính xác

Trình tự hòa

 Cho máy phát cần hòa được kích từ trước
 Khi số vòng quay và điện áp của máy phát cần hòa xấp xỉ số vòng quay và điện áp của máy phát đang làm việc thì
chuẩn bị đóng máy cắt điện

 Chọn thời điểm mà điện áp giữa hai máy phát không sai lệch nhau


(∆U=0) để đóng máy cắt

Hai máy phát được đưa vào làm việc song song với nhau

Thực tế, ngay cả khi tần số và điện áp của hai máy phát trùng nhau, nhưng nếu chọn thời điểm đóng MC không
đúng thì cũng làm xuất hiện điện áp phách UP và dòng điện cân bằng Icb

18

Tự động hòa đồng bộ
4 – Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
HĐB
Đặc điểm

MF

~

1
Dòng điện cân băng lúc đóng máy được tính

Idm
-

~

HT

2

2U
δ
=
sin
ZΣ
2

Giá trị dòng điện hòa phụ thuộc vào góc lệch δ Đóng MC

U

tdtr

lúc δ=0 hoặc δ ≤δcp để dòng Icb=0 hoặc nhỏ trong giá trị cho
phép

-

MC làm việc có thời gian  Phát tín hiệu đóng MC sớm hơn một
khoảng thời gian  Thời gian đóng trước tdtr hoặc góc đóng
trước δdtr

19

t
δ


Tự động hòa đồng bộ
4 – Phương pháp hòa đồng bộ chính xác

Đánh giá
Nhược điểm:

 Quá trình hòa phức tạp, cần nhiều thời gian
 Đòi hỏi người vận hành có nhiều kinh nghiệm
 Có thể gây dòng cân bằng lớn nếu chọn thời điểm đóng máy sai

Ưu điểm:
-Máy hòa êm.

Phạm vi ứng dụng:
Tất cả các loại MF

20


Tự động hòa đồng bộ
5 – Phương pháp hòa tự đồng bộ

Trình tự hòa:

 Cho tuabin kéo máy phát sắp hòa quay gần với tốc độ đồng bộ
 Cắt tự diệt từ (TDT) để chập mạch cuộn kích thích qua điện trở diện từ
 Đóng MF vào mạng, MF làm việc ở chế độ động cơ không đồng bộ
 Đóng TDT để kích từ cho MF, MF được kéo vào làm việc song song với hệ thống
 Cho MF mang tảii

21


Tự động hòa đồng bộ
6 – Phương pháp hòa tự đồng bộ

Đặc điểm

 Có đột biến về dòng điện và công suất phản kháng Q, nhưng không có đột biến về công suất tác dụng P nguy hại
cho trục máy

HĐB

MF

~

1 máy
 Trị số dòng điện khi đóng

~
2

U HT
Idmcủa=máy phát
: Điện kháng quá độ
x 'dF + x D
: Điện kháng đường dây nối MF và Hệ thống

x

'
dF

xD
22

HT


Tự động hòa đồng bộ

6 – Phương pháp hòa tự đồng bộ

Đặc điểm

HĐB

MF

~

~
1

2

So sánh với dòng ngắn mạch đầu cực MF do Hệ thống cấp tới

U HT
> Idm
So sánh với dòng cân bằng khi hòa
xchính
D xác khi chọn thời điểm sai
IN =

2U HT
δ
Icbmax = ' sin > Idm
x dF đựng cho2phép của MF
 Dòng đóng máy nằm trong giới hạn chịu

23

HT


Tự động hòa đồng bộ
6 – Phương pháp hòa tự đồng bộ

Điều kiện hòa tự đồng bộ

Idm ≤ 3.5IdmF
Với IdmF là dòng việc định mức của máy phát
Trong hệ đơn vị tương đối

*

I dm
 Máy phát tua bin nước có
 Máy phát tua bin hơi
Trừ máy phát nối bộ với MBA, có

1.05
= '
≤ 3.5
x *dF + x *D

 cho phép hòa

'
x *dF

= 0.3

 không thỏa mãn điều kiện hòa
 cho phép hòa

'
x *dF
= 0.2
x *B = 0.1

24

 Dòng đóng máy nằm trong giới hạn chịu đựng cho phép của MF


Tự động hòa đồng bộ
6 – Phương pháp hòa tự đồng bộ

Đánh giá
Ưu điểm:

 Phương thức hòa đơn giản
 Làm việc đảm bảo
 Thời gian hòa nhanh vì không cần xem xét đến tính đồng bộ (U,f,δ)


Quan trong khi hệ thống cần huy động nhanh công suất

Nhược điểm:
- Có biến động về dòng điện  Làm giảm điện áp thanh góp

 Không ổn định khi hòa hai máy phát có công suất tương đương nhau

25