HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC DÙNG TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC
DÙNG TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
Buôn Kuop – Đắk Lắk

By PresenterMedia.com


• Nội dung chính
Các nội dung chính trong chuyên đề

1

2

3

4

5

6

Nhiệm vụ và các chức năng của Hệ thống Điều tốc trong Nhà máy Thủy điện

Sơ đồ nguyên lý chung của Hệ thống Điều tốc.

Quá trình điều chỉnh Tần số và Công suất của Hệ thống Điều tốc

Các bước Thí nghiệm khi đưa Hệ thống Điều tốc vào làm việc.

Các hư hỏng thường gặp trong quá trình vận hành và cách xử lý

Mô phỏng quá trình làm việc của bộ theo dõi Điện - Thủy lực và quá trình điều chỉnh PID


•

Nhiệm vụ và các chức năng của Hệ thống Điều tốc

trong Nhà máy Thủy điện
1. Nhiệm vụ của hệ thống điều tốc
Nếu không có điều chỉnh công suất do Tuabin phát ra thì dẫn đến sự thay đổi tần số của lưới điện quá giới hạn cho phép.
Trong vận hành hệ thống điện qui định độ lệch tần số của lưới điện ≤ ± 0.2%.
Tần số phụ thuộc vào số vòng quay của Rôto máy phát: f=60n/p.
Phương trình cơ bản cho sự chuyển động của rôto máy phát:

Mc phụ thuộc chủ yếu vào phụ tải của máy phát điện Pmf.
Còn Mq phụ thuộc chủ yếu vào công suất của Tuabin Pt.

Vậy: Pt=f(Q,H,η)

J.dω/dt=Mq -Mc (1)

Mq=Pt/ω=η.Q.H/ω (2)

Vì vậy điều chỉnh công suất Tuabin thực chất là điều chỉnh lưulượng nước vào Tuabin bằng cách thay đổi độ mở cánh hướng. Nhiệm vụ
của hệ thống điều tốc là phải cảm nhận được sự thay đổi này để đảm bảo mang lại một sự cân bằng cần thiết trong hệ thống.


• 2. Chức năng của Hệ thống điều tốc
Tự động khởi động tổ máy và đưa tổ máy đến tần số quay định mức

Ổn định tần số quay khi hoạt động không tải và khi có tải riêng, cả khi song song với các tổ máy khác.

Đáp ứng công suất hữu công theo yêu cầu.

Hoạt động của tổ máy ở chế độ bù đồng bộ.

Giới hạn công suất hữu công của máy phát

Điều khiển từ máy tính trung tâm các chế độ: chế độ nhóm, chế độ bù đồng bộ, chế độ công suất, dừng máy ở chế độ bình thường, sự cố.

Tạo các tín hiệu thông tin và cảnh báo về các hoạt độngcủa bộ điều chỉnh tại chỗ, gửi lên máy tính điều khiển trung tâm.


• Sơ đồ nguyên lý chung của Hệ thống Điều tốc.


• Sơ đồ khối của Hệ thống Điều tốc


• CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH
Bộ đo tốc độ
Có thể lấy bằng nhiều cách
• Từ máy phát tốc
• Từ cảm biến bánh răng
Công thức tính: Hz=

Cảm biến tín hiệu ngược

• Thường được lắp đặp trên Servomotor.

• Dùng để xác định vị trí cánh hướng.


• CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH
Van trượt điều khiển
Van tỷ lệ
• Có khả năng điều chỉnh vô cấp.
• Điều khiển con trượt nhờ 2 nam châm điện đối xứng.
• Có bộ cảm biến đảm bảo điều khiển con trượt chính xác.

Van Servo
• Có khả năng điều chỉnh vô cấp, độ nhạy cao.
• Điều khiển bằng nam châm điện kết hợp hệ thống bơm dầu kết cấu đối xứng.


•

Bộ khuếch đại đầu cuối

•
Tín hiệu đầu vào đó là tín hiệu điện 4 - 20 mA. Ở trạng thái
bình thường, cường độ dòng điện là 12 mA. Khi có sai lệch đèn cân
bằng sáng + hoặc - .
•

Đại lượng mở thực tế chỉ thị ở cửa sổ màn hình.

•
Khi tiến hành cài đặt và khi có sự cố bộ khuếch đại này có thể
làm việc ở chế độ bằng tay bằng nút điều chỉnh

•

Bộ điều khiển PLC

Bộ PLC của Beckhof


•

Quá trình điều chỉnh Tần số và Công suất của Hệ thống Điều tốc
1. Sơ lược về quá trình điều chỉnh tần số

Tần số F

- Tần số và điện áp là hai chỉ tiêu
quan trọng nhất của chất lượng điện
năng;
- Khác với điện áp, tần số tại mọi
điểm trong hệ thống đều như nhau
và việc điều chỉnh tần số chỉ có thể
thực hiện tại các nhà máy điện;
- Một đặc trưng nổi bật và đặt biệt
của tuabin là độ ổn định tốc độ. Nó
được định nghĩa là phần trăm thay
đổi tần số cho phần trăm thay đổi
công suất đầu ra của tuabin;
.

Tần số F

Tần số F


•

Speed Droop – Đặc tuyến ra

Speed droop còn gọi là đặc tuyến ra của bộ điều tốc, nêu lên mối quan hệ giữa công suất ra, tốc độ đặt và tốc độ thực tế. Tính theo công thức: .100%

- Ví dụ tổ máy với giá trị đặt Bp=5% nó sẽ phản ứng lại với 40% tăng công suất cho việc thay đổi tần số từ 50 xuống 49 Hz.

Bp càng lớn, thì máy càng ổn định về công suất, nhưng lại ít đáp ứng theo lưới. Bp càng nhỏ, đáp úng càng tốt cho lưới, nhưng máy sẽ bớt ổn định hơn.

Khi Bp = 0, ta có đặt tính định vị tần số. Luôn giữ được tần số cố định ứng với mọi mức công suất phát, nên chỉ dùng cho các tổ máy làm việc trên lưới độc lập. Với lưới điện,
khi nối ta phải chỉnh cho Bp ≠ 0


• Điều chỉnh
PowerPoint 2007 Enhanced Version

Điều chỉnh sơ cấp là quá trình tăng lượng nước vào turbine khi tần số giảm. Kết thúc quá trình điều chỉnh sơ cấp, tần số máy
phát vẫn nhỏ hơn tần số quy định, do lượng công suất phát lên không bù hoàn toàn được độ gia tăng công suất phụ tải.

Điều chỉnh thứ cấp là quá trình điều chỉnh thứ cấp đó là quá trình đặt lại công suất của tổ máy.

Như vậy, bằng việc điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp, công suất phát của tổ máy tăng lên để đáp ứng phụ tải và vẫn giữ được tần số
ban đầu.

Điều chỉnh sơ cấp được thực hiện ở tất cả các nhà máy điện, còn điều khiển thứ cấp chỉ có ở một số nhà máy. Điều khiển thứ cấp
có thể thực hiện bằng tay hay tự động.


•

Quy luật điều chỉnh tần số

a. Đáp ứng của bộ điều chỉnh PID trong quá trình khởi động


b. Điều chỉnh tần số chỉ thực hiện khi tổ máy chạy ở chế độ không tải và khi làm việc ở chế độ tần số. Trong quá trình điều chỉnh

công suất bộ PID được cắt đi


3. Qui luật điều chỉnh tần số


Các bước Thí nghiệm khi đưa Hệ thống Điều tốc vào làm việc

Điều kiện cần thiết để thí nghiệm Hệ thống Điều tốc là Hệ thống đầu áp lực đã hoàn tất và cho phép đưa vào hoạt động

1. Thử nghiệm Tổ máy ở chế độ buồng xoắn khô:
- Kiểm tra hệ thống nguồn cấp điện;
- Kiểm tra các cơ cấu điều khiển Thuỷ lực;
- Chỉnh định và thử nghiệm hệ thống giám sát điện thủy lực;
- Chỉnh định và kiểm tra các ngưỡng tác động của Tín hiệu tốc độ và độ mở;
- Thực hiện mô phỏng các chế độ làm việc của Tổ máy.
Đây là công việc thí nghiệm quan trọng vì nó quyết định cho việc đưa Hệ thống điều tốc vào làm việc.

2. Thử nghiệm Tổ máy khi buồng xoắn khô có nước:
- Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc khi khởi động bằng tay ở chế độ không tải:
+ Kiểm tra và hiệu chỉnh các lại các logic trong phần mềm;
+ Kiểm tra và hiệu chỉnh sự làm việc của bộ giới hạn độ mở;
- Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc khi khởi động tự động ở chế độ không tải:
+ Kiểm tra các thông số trong chương trình;
+Kiểm tra sự phản ứng của mạch vòng điều chỉnh PID.
+ Kiểm tra và hiệu chỉnh sự làm việc của bộ giới hạn độ mở;

- Thử nghiệm làm việc khi nối lưới:
+Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc ở chế độ «Power» ;
+Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc ở chế độ «Group»;
+Kiểm tra hoạt động của bộ điều chỉnh ở chế độ «S.C.»;
- Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc ở chế độ sa thải phụ tải
Đây là bước thí nghiệm cuối cùng để quyết định đưa hệ thống điều tốc vào làm việc lần đầu tiên hay sau khi đai tu.


Các hư hỏng thường gặp trong quá trình vận hành và cách xử lý
• Không xuất hiện tín hiệu “ Ready for start”:
- Cơ cấu Khởi động-Dừng (SSU) bị kẹt;
- Áp lực dầu trong tủ điều tốc cơ giảm thấp;
- Không có hư hỏng trong bộ điều chỉnh;
- Chốt cánh hướng không bị đứt;
- Chưa tháo chốt vành điều chỉnh hoặc không có tín hiệu báo chốt vành
điều chỉnh ở vị trí tự do;
- Không có lệnh dừng.
• Mất tín hiệu phản hồi công suất:
- Kiểm tra Rơle báo tín hiệu phản hồi công suất đầu ra;

- Kiểm tra tín hiệu công suất phản hồi đầu vào Tủ điều tốc;
- Kiểm tra các modul đầu vào bên trong tủ.
• Có lệnh khởi động đến tủ điều tốc nhưng tổ máy không hoạt động:
- Kiểm tra có lệnh đến cơ cấu SSU hay chưa;
- Kiểm tra lệnh mở cánh hướng đã đưa đến bộ theo dõi Điện - Thuỷ lực
hay chưa.
- Kiểm tra logic làm việc bên trong chương trình


•

Có lệnh khởi động cánh hướng mở > 50%:
- Có lỗi bên trong bộ vi xử lý;
- Kiểm tra lại logic làm việc bên trong chương trình

•

Tốc độ đạt đến tốc độ kích từ nhưng không có lệnh đầu ra hoặc tốc độ đạt đến tốc độ phanh nhưng không có lệnh đầu ra.
- Kiểm tra các cảm biến tốc độ làm việc tốt;
- Kiểm tra lại các ngưỡng đặt tốc độ của rơle đầu ra;
- Kiểm tra các đầu ra của Bộ vi xử lý.


Mô phỏng quá trình làm việc của bộ theo dõi
Điện - Thủy lực và quá trình điều chỉnh PID

1. Sơ đồ hàm truyền của Bộ theo dõi Điện - Thủy lực


2. Sơ đồ mô phỏng bằng Matlab

3. Mô phỏng quá trình điều chỉnh PID
- Bộ điều chỉnh PID là sự kết hợp của hành động điều khiển: tỉ lệ (Proportional), tích phân (Integral) và vi phân (Derivative).

+Bộ điều chỉnh tỉ lệ (P) là bộ điều chỉnh mà trong đó sự thay đổi của đại lượng đầu ra tác động lên đối tượng điều chỉnh tỉ lệ với
sự thay đổi của đại lượng đầu vào.

+Bộ điều chỉnh tích phân (I) là bộ điều chỉnh mà trong đó sự thay đổi của đại lượng đầu ra tác động lên đối tượng điều chỉnh, tỉ
lệ thuận với sự
thay đổi của đại lượng đầu vào cũng như tích phân theo thời gian của sự thay đổi đại lượng đầu vào. Điều khiển I có khả năng
đưa sự dao động
trở về vị trí ban đầu nhưng khả năng phản ứng chậm với các sai lệch lớn.
Nó thường kết với các hành động điều khiển khác.
+ Điều khiển D cung cấp một phép lấy vi phân mà đầu ra quan hệ trực tiếp tới tốc độ thay đổi của đầu vào. Hằng số vi phân được
biểu diễn với đơn vị là Seconds và định nghĩa đầu ra điều khiển vi phân. Nó thường kết với các hành động điều khiển khác.

Vậy bộ điều chỉnh PID là sự thay đổi của đại lượng đầu ra tác động lên đối tượng điều chỉnh tỉ lệ với sự thay đổi của đại lượng
đầu vào, tốc độ thay đổi của nó và tích phân theo thời gian của sự thay đổi đại lượng đầu vào.