Mô phỏng và nghiên cứu chỉng định thông số avr của máy phát điện đồng bộ nhà máy thủy điện trị an

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

W”X

NGUYỄN HỮU KHÁNH NGỌC

MÔ PHỎNG VÀ NGHIÊN CỨU CHỈNH ĐỊNH
THÔNG SỐ AVR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG
BỘ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRỊ AN
Chuyên ngành : Hệ thống điện
Mã số ngành : 2.06.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2004

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 1


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TSKH. HỒ ĐẮC LỘC

Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cán bộ chấm nhận xeùt 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 2


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Việt Nam
Trường Đại học Bách Khoa
phúc

Cộng hòa Xã hội Chủ nghóa
Độc lập- Tự do- Hạnh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 26 – 02 – 1969
Nơi sinh: TP. HCM
Chuyên ngành: Hệ Thống Điện
Mã số: 2.06.07
I. TÊN ĐỀ TÀI
MÔ PHỎNG VÀ NGHIÊN CỨU CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ
AVR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

TRỊ AN
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1.
Nghiên cứu về tính chất, phân loại, và mô tả các hệ thống kích từ.
2.
Tìm hiểu và nghiên cứu sự hoạt động, các chế độ làm việc của toàn
bộ hệ thống kích thích nhà máy thủy điện Tri An.
3.
Nghiên cứu sự làm việc và chỉnh định thông số AVR của bộ kích từ
nhà máy
thủy điện Trị An.
4.
Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống kích từ.
5.
Kiểm chứng các kết quả bằng số liệu nhà máy.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
09 –
02 – 2004
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU:Ï
09 –
07 – 2004
V . HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
TSKH.
HỒ
ĐẮC LỘC
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NGÀNH

CHỦ NHIỆM NGÀNH

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

BỘ MÔN QUẢN LÝ

Trang 3


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
Ngày . . . . tháng . . . . năm 2004
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
KHOA
QUẢN
LÝ
NGÀNH

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này đã được hoàn thành với sự giúp đỡ của
nhiều thầy, cô, anh chị, bạn bè. Xin chân thành cảm ơn:
- Thầy Hồ Đắc Lộc đã hướng dẫn tận tình.
- Quý Thầy, Cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức
chuyên môn, và góp ý, nhận xét về nội dung luận văn
này.
- Phòng Máy Tính Khoa Điện và Bộ Môn Cung Cấp
Điện đã tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian qua.
- Ban Giám Đốc và cùng tất cả bạn bè, đồng nghiệp nhà
máy thủy điện Trị An đã tạo điều kiện và gánh vác một
phần công việc của tôi, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa

học và bản luận văn này.
Trị An, ngày 09 tháng 07 năm
2004.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 4


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 5


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

PHẦN MỞ ĐẦU
Một hệ thống kích từ của máy phát điện đồng bộ rất quan trọng
trong việc ổn định của hệ thống điện, việc khảo sát một hệ thống kích từ
trong thực tế gặp rất nhiều khó khăn, không thể khảo sát hết các trường
hợp của nó. Đối với hệ thống kích từ nhà máy thuỷ điện Tri An đã vận
hành qua nhiều năm, trong quá trình sửa chửa và bảo dưỡng định kỳ,
việc hiệu chỉnh các thông số theo qui định của nhà chế tạo từ khi lắp
đặt, tuy nhiên trong những năm qua có những thông số thay đổi, cùng
với sự phát triển của hệ thống điện ngày nay, việc mô phỏng lại hệ
thống kích từ, giúp ta có điều kiện nghiên cứu các cách hiệu chỉnh sao

cho hệ thống kích từ làm việc tốt hơn củng như trong quá trình xử lý sự
cố sao cho nhanh và hiệu quả hơn, và có phương thức vận hành thích hợp.
Với sự phát triển của công nghệ thông tin ngày nay có những phần
mềm mô phỏng, các phần mềm này giúp chúng ta có thể mô phỏng một
hệ thống kích từ trên máy, giúp chúng ta có điều kiện khảo sát được
nhiều trường hợp mà trong thực tế khó có thể thực hiện được, củng như
hiểu rõ thêm bản chất hệ thống kích từ đang vận hành, ngoài ra tạo điều
kiện tốt cho những người mới tham gia học tập sửa chửa hệ thống kích từ
và có biện pháp xử lý tốt khi hệ thống hư hỏng.
Việc mô phỏng hệ thống kích từ nhà máy thuỷ điện Trị An chạy
trên phần mềm mô phỏng, nếu đạt kết quả cho độ chính xác cao ( sau khi
chạy thử lại các số liệu thu thập trong những năm qua ). Ngoài việc khảo
sát được các thông số hiệu chỉnh, tạo điều kiện tốt để nghiên cứu các
phương pháp chỉnh định hệ thống kích từ.
Sự thành công việc mô phỏng hệ thống kích từ sẽ tạo điều kiện tốt
tiến tới mô phỏng hệ thống điều tốc của tổ máy, từ đó chúng ta có điều
kiện nghiên cứu và đề ra phương thức vận hành và sữa chửa tốt hơn, đó
củng là mục tiêu chung của ngành điện.
Nội dung luận văn gồm các chương sau:
CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống kích từ.
CHƯỜNG 2: Hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Trị An.
CHƯƠNG 3: Bộ điều chỉnh AVR của nhà máy thủy điện Trị An.
CHƯƠNG 4: Tìm hiểu phần mềm mô phỏng PSIM.
CHƯƠNG 5: Tính toán thông số mô phỏng máy điện đồng bộ.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 6

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

CHƯƠNG 6: Mô phỏng các phần tử trong hệ thống kích từ nhà máy thủy
điện Trị An và phương pháp hiệu chỉnh.
CHƯƠNG 7: Mô phỏng hệ thống kích từ và nhận xét kết quả.

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ .............................................................. 1
I. Giới thiệu về nhà máy thủy điện Trị An .................................................................. 1
II. Hệ thống kích từ ..................................................................................................... 3
III. Các phần tử hệ thống kích từ ............................................................................... 4
IV. Phân loại hệ thống kích từ .................................................................................... 5
1. Hệ thống kích từ một chiều .................................................................................... 5
2. Hệ thống kích từ xoay chiều .................................................................................... 6
3. Hệ thống kích từ tónh .............................................................................................. 8
Chương 2: Hệ thống kích từ Trị An ....................................................................... 12
I. Giới thiệu chung .................................................................................................... 12
II. Thông số kỹ thuật của hệ thống kích từ .............................................................. 12
III. Các chế độ của hệ thống kích thích bảo đảm làm việc máy phát ....................... 14
IV.Các thiết bị chính và nguồn cung cấp .................................................................. 16
V. Các bảo vệ hệ thống kích thích ............................................................................ 17
VI. Bộ tạo xung kích ................................................................................................. 18
Chương 3: Bộ điều chỉnh AVR của nhà máy thủy điện Trị An ........................... 20
I. Chức năng và nhiệm vụ AVR ............................................................................... 20
II. Thông số kỹ thuật ................................................................................................ 20
III.Thành phần các khối trong AVR .......................................................................... 21
IV. Các sự cố dẫn tới cắt AVR ................................................................................. 28
Chương 4: Phần mềm PSIM ................................................................................... 29
I. Giới thiệu phần mềm PSIM .................................................................................. 29

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 7


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

II. Các thành phần dùng để mô phỏng trong PSIM ................................................. 31
III. Điều khiển sự mô phỏng ..................................................................................... 33
Chương 5: Tính toán thông số mô phỏng máy điện đồng bộ .................................34
I. Mô hình tính toán ................................................................................................. 34
II. Tham số máy điện đồng bộ .................................................................................. 38
1. Điện kháng đồng bộ ............................................................................................. 39
2. Điện kháng quá độ ............................................................................................... 40
3. Từ thông và điện áp chậm sau điện kháng quá độ ................................................ 41
4. Điện kháng siêu quá độ......................................................................................... 42
5. Từ thông và điện áp chậm sau điện kháng siêu quá độ ........................................ 43
6. Hằng số thời gian quá độ ...................................................................................... 44
7. Hằng số thời gian siêu quá độ ............................................................................. 45
III. Tính toán tham số máy điện ................................................................................ 47
IV. Các thông số cơ bản của máy điện . ................................................................... .49
V. Tính toán thông số máy điện đồng bộ của máy phát Trị An ............................... 50
VI. Nhận xét ............................................................................................................ 54
Chương 6: Mô phỏng các phần tử trong hệ thống kích từ nhà máy thủy
điện Trị An và phương pháp hiệu chỉnh ................................................................ 55
I. Mô phỏng bộ tạo xung .......................................................................................... 55
II. Mô phỏng các khối trong bộ AVR ...................................................................... .62
Chương 7: Mô phỏng hệ thống kích từ và nhận xét kết quả ............................... 75
I. Qúa trình mô phỏng hệ thống kích từ ................................................................... 75

II. Nhận xét và đánh giá kết quả ............................................................................. 88
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 90
Tóm tắt lý lịch ......................................................................................................... 91

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 8


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

- Tuyến áp lực chính gồm đập ngăn sông và đập tràn. Đập ngăn
sông được đắp bằng đá hổn hợp, dài 420m, cao 40m, đỉnh đập
rộng 10m. đập tràn xả lũ dài 150m, có 8 khoang tràn, mỗi khoang
rộng 15m, với 8 cửa van cung, được đóng- mở bằng cẩu chân dê
tải trọng 2× 125 tấn.
- Hệ thống đập tạo thành hồ phụ gồm đập suối rộp và hệ thống đập
phụ. Đập suối rộp là đập đất đồng chất dài 2750m, cao 45m, đỉnh
đập rộng 10m. hệ thống đập phụ củng là đập đất đồng chất, chiều
dài tổng cộng 6236m.
- Tuyến năng lượng gồm cửa nhận nước, đường ống áp lực và toà
nhà máy. Cửa nhận nước, gồm kênh dẫn vào, lưới chắn rác, cửa
van sửa chửa và cửa van sự cố, nước được đưa vào tuabin theo
đường ống áp lực bằng bê tông cốt thép dài 81,5m, tiết diện 6,5 ×
7m. sau khi qua tuabin, nước được theo kênh dẫn ra sông Đồng
Nai. Kích thước tổng hợp của toà nhà máy là 132,6 × 73m, được
xây dựng từ cao trình – 18m đến + 42m.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 11


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

∗ Số liệu chủ yếu:
- Mực nước dâng bình thường: 62m
- Mực nước chết: 50m
- Mực nước gia cường: 63,9m
- Dung tích toàn bộ: 2,765 tỷ m3
- Dung tích hửu ích: 2,547 tỷ m3
- Diện tích mặt thoáng ở cao độ mực nước dâng bình thường:323
km2
- Diện tích mặt thoáng ở cao độ mực nước gia cường: 350 km2
∗ Thiết bị công nghệ:
Tuabin:
- Loại tuabin: PO-75/ 728b-B510
- Nhà máy chế tạo: nhà máy kim khí Lêningrat
- Cột nước tính toán: 52m
- Công suất định mức của tuabin: 102MW
- Lưu lượng nước qua tuabin ở cột nước tính toán: 222 m2/s
- Tần số quay: 107,1 v/p
Máy phát:
- Kiểu: CB3 1230/140-56-TB4
- Nhà máy chế tạo: nhà máy thiết bị nặng Kharcốp
- Công suất: 100MW
- Hệ số công suất: 0,85
- Điện áp: 13,8 KV
Biến thế:
- Kiểu: TU- 125000/220-T1

- Nhà máy chế tạo: nhà máy chế tạo máy biến thế ZAPORÔJE
- Công suất: 125MVA
- Điện áp: 13,8/242kv
∗ Sơ đồ điện chính:
Đấu nối điện thực hiện bằng sơ đồ hợp bộ khối máy phát- máy biến
áp. Trạm phân phối ngoài trời 220kv được bố trí ở bờ phải kênh dẫn ra,
được thực hiện theo sơ đồ hai thanh cái làm việc và một thanh cái vòng, có
ba tuyến, một tuyến Trị An – Hóc Môn, một tuyến Trị An – Bình Hoà, và
một tuyến Trị An – Long Bình. Trạm phân phối ngoài trời 110kv liên kết
với thanh cái 220kv qua biến áp tự ngẩu 63MVA, 220/110/6KV, cung cấp
Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 12


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

điện cho địa phương và nối kết thủy điện Thác Mơ bằng đường dây 110kv
Trị An – Đồng Xoài, tuyến 110kv Trị An- Tân Hòa và tuyến 110kv Trị An
– Định Quán mới xây dựng năm 2003.
Hệ thống tự dùng nhà máy gồm ba máy biến thế kiểu TMH4000/35-TI, công suất mổi máy 4000KVA, điện áp 13,8/6,3kv. Từ các trạm
KPY 6KV qua các máy biến thế 6,3/0,4kv cung cấp cho các phụ tải trong
nhà máy.
Hệ thống điện một chiều 220v gồm hai trạm accu, dung lượng mổi
trạm là 630Ah, dùng cung cấp cho các mạch điều khiển, bảo vệ, tín hiệu và
ánh sáng sự cố.
Các thiết bị tự động đảm bảo khởi động tổ máy và hòa vào lưới trong
khoảng 40- 60s. máy phát được kích thích bằng các bộ thyristor điều khiển
được. Các tổ máy có thể làm việc ở chế độ công suất cố định, điều tần,
hoặc bù đồng bộ theo yêu cầu điều động của điều độ hệ thống điện quốc

gia.
II- Hệ thống kích từ.
Nhiệm vụ của hệ thống kích từ là cung cấp dòng điện một chiều cho
cuộn dây tạo từ trường của máy điện đồng bộ. Hệ thống kích thích được
điều khiển và bảo vệ nhằm đáp ứng công suất kháng cho hệ thống thông
qua sự điều khiển điện áp bằng cách điều khiển dòng kích từ.
Chức năng điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố
công suất và nâng cao tính ổn định của hệ thống. Chức năng bảo vệ là đảm
bảo được khả năng của máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị
khác không được vượt quá giới hạn.
Yêu cầu cơ bản là hệ thống kích từ cung cấp và điều chỉnh dòng điện
kích từ của máy điện đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra biến thiên trong
phạm vi cho phép liên tục của máy phát. Ngoài ra hệ thống kích từ phải có
khả năng đáp ứng quá độ bất ổn định với từ trường cưỡng bức phù hợp máy
phát một cách tức thời và ngắn hạn. Khả năng của máy phát xem như được
giới hạn bởi các yếu tố như hư hỏng cách điện rotor ở điện áp kích từ cao,
nóng rotor ở dòng kích từ lớn, nóng stator do dòng tải phần ứng lớn, lõi bị
nóng trong suốt thời gian vận hành ở trạng thái thiếu kích từ…
Hệ thống kích từ sẽ giúp cho việc điều khiển điện áp có hiệu quả và
nâng cao tính ổn định của hệ thống. Nó sẽ có khả năng cho đáp ứng của độ

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngoïc

Trang 13


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

bất ổn định một cách nhanh chóng để nâng cao quá độ ổn định và điều
chỉnh từ trường máy phát để nâng cao độ ổn định tónh.

III- Các phần tử hệ thống kích từ.
Bộ hạn chế và
bảo vệ
Đo lường điện
áp và bù tải
Bộ điều
chỉnh AVR

Bộ kích từ

Máy phát

Tới hệ thống

Bộ ổn định

Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống kích từ máy phát
Trên hình 1-1 là sơ đồ khối chức năng tiêu biểu của hệ thống kích từ
cho máy phát đồng bộ lớn.
Trong đó:
- Bộ kích từ: Cung cấp dòng một chiều cho cuộn dây tạo từ trường
của máy điện đồng bộ, tạo nên công suất của hệ thống kích từ.
- Bộ điều chỉnh điện áp (AVR): Xử lý và khuếch đại tín hiệu điều
khiển đầu vào là điện áp đầu cực máy phát để tạo ra cách thức
thích hợp nhằm điều khiển bộ kích từ. Nó bao gồm cả việc điều
chỉnh và chức năng ổn định hệ thống kích từ.
- Bộ biến điện áp ra và bù tải: Cảm nhận điện áp ra đầu cực máy
phát, chỉnh lưu và lọc nó thành điện áp một chiều, so sánh nó với
một trị chuẩn( trị số đặt) là điện áp đầu ra máy phát mong muốn.
Ngoài ra bộ phận bù tải có thể được cung cấp (do sụt áp trên

đường dây hoặc do công suất phản kháng) nếu muốn giử điện áp
không đổi tại các điểm xa đầu cực máy phát. Bộ này còn gọi là bộ
tạo đặc tuyến điều chỉnh.
- Bộ ổn định hệ thống công suất: Cung cấp thêm một tín hiệu ở ngõ
vào để hạn chế dao động công suất của hệ thống. Những tín hiệu

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 14


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

ở ngõ vào thường dùng là độ lệch tốc độ rotor, sự tăng công suất
và độ lệch tần số.
- Bộ hạn chế và bảo vệ: Phần này bao gồm một hệ thống điều
khiển và bảo vệ rộng nhằm đảm bảo khả năng của bộ kích từ và
máy phát đồng bộ không vượt quá giới hạn. Thường sử dụng bộ
hạn dòng kích từ, bộ hạn chế kích từ cực đại, bộ hạn áp đầu cực,
bộ điều chỉnh và bảo vệ V/Hz và bộ hạn chế thiếu kích từ. Những
mạch này thường riêng biệt, các tín hiệu ngõ ra của chúng có thể
đưa vào hệ thống kích từ bằng ngõ nhập tổng.
IV- Phân loại hệ thống kích từ.
Hệ thống kích từ chia thành ba loại cơ bản dựa trên nguồn năng
lượng mà bộ kích từ sử dụng:
- Hệ thống kích từ một chiều.
- Hệ thống kích từ xoay chiều.
- Hệ thống kích từ tónh.
1- Hệ thống kích từ một chiều.

Máy phát DC
Ur

CT

Efd

Bộ khuyếch Ua
đại

Máy phát chính

PT

AVR

Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống kích từ DC
Hệ thống kích từ loại này sử dụng máy phát một chiều như nguồn
năng lượng kích từ và cung cấp dòng điện cho rotor của máy điện đồng bộ
thông qua các vòng trượt. Máy kích từ một chiều có thể được kéo nhờ một
động cơ hoặc gắn vào trục tổ máy. Nó có thể tự kích hoặc là kích từ độc
lập. Khi kích từ độc lập, từ trường của bộ kích từ được cấp từ bộ nhỏ như là
máy phát nam châm vónh cửu. Trong vài trường hợp các bộ điều chỉnh điện
áp độc lập được thay thế bằng các bộ điều chỉnh điện tử bán dẫn hiện đại.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 15

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ loại này dùng phổ biến đến giữa năm 1960. ngày
nay, ít còn sử dụng và được thay thế các bộ kích từ xoay chiều hoặc hệ
thống tónh.
2- Hệ thống kích từ xoay chiều.
Máy kích từ
AC

diod tónh

Biến
dòngđiện
Biến áp đo
lường

Máy phát chính
Bộ chỉnh lưu
có điều khiển

Bộ điều chỉnh một
chiều

Trị đặt DC

Trị đặt AC
Bộ điều chỉnh xoay
chiều

Ngõ nhập

phụ

Hình 1-3: Hệ thống kích từ chỉnh lưu máy phát xoay chiều.
Hệ thống kích từ này sử dụng máy phát xoay chiều như là nguồn
năng lượng kích từ của máy phát chính. Thường máy kích từ có cùng trục
với turbin. Điện áp xoay chiều ở ngõ ra của bộ kích từ được chỉnh lưu có
điều khiển (SCR) hoặc không có điều khiển (DIODE) để tạo ra dòng điện
một chiều cần cho từ trường của máy phát. hoặc Bộ chỉnh lưu có thể tónh
hoặc quay.
Hệ thống kích từ xoay chiều trước đây sử dụng bộ điều chỉnh phối
hợp giữa khuếch đại từ và khuếch đại quay. Hầu hết các hệ thống mới đều
sử dụng bộ khuếch đại điện tử để điều chỉnh.
Hệ thống chỉnh lưu tónh: Với hệ thống chỉnh lưu tónh, ngõ ra một cấp
cho từ trường cuộn dây của máy phát chính thông qua các vòng trượt. Khi
chỉnh lưu không điều khiển được sử dụng, bộ điều chỉnh sẽ điều khiển từ
trường của bộ kích từ xoay chiều, như thế nó sẽ điều khiển trực tiếp ngõ ra

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 16


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

của bộ kích từ, sơ đồ đơn tuyến đơn giản như hình 1-3 của hệ thống kích từ
chỉnh lưu máy phát xoay chiều có điều khiển từ trường. Bộ kích từ máy
phát xoay chiều được kéo nhờ rotor của máy phát chính. Bộ kích từ này tự
kích với năng lượng từ trường được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thyristor. Năng
lượng của bộ điều chỉnh điện áp được cấp từ điện áp ra của bộ kích từ.
Máy kích từ

AC

bộ chỉnh lưu
có điều khiển

Biến
dòngđiện
Máy phát chính

Bộ chỉnh lưu
có điều khiển

Bộ điều chỉnh một
chiều

ER

Trị đặt DC

Trị đặt AC
Bộ điều chỉnh xoay
chiều

Ngõ nhập
phụ

Hình 1-4: Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển được cung cấp bởi
máy phát xoay chiều.
Khi bộ chỉnh lưu thyristor được sử dụng, bộ điều chỉnh điều khiển
trực tiếp điện áp một chiều ở ngõ ra của bộ kích từ hình 1-4 là sơ đồ chỉnh

lưu có điều khiển. Bộ điều chỉnh điện áp điều khiển việc dẫn thyristor. Bộ
kích từ của máy phát xoay chiều là tự kích và sử dụng bộ điều chỉnh điện
áp tónh độc lập để duy điện áp ở ngõ ra. Vì thyristor điều khiển trực tiếp ở
ngõ xuất của bộ kích từ nên hệ thống này cho đáp ứng nhanh ngay từ đầu.
Hệ thống chỉnh lưu quay ( hệ thống chỉnh lưu không chổi than): Với
bộ chỉnh lưu quay, các vòng trượt và chổi than được bỏ, điện áp một chiều
ngõ ra trực tiếp cấp cho từ trường máy phát chính như hình 1-5, phần ứng
của bộ kích từ xoay chiều và chỉnh lưu diode quay kích từ máy phát chính.
Một bộ kích từ xoay chiều phụ, có một rotor nam châm vónh cửu, quay với

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 17


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

phần ứng của bộ kích từ và diode chỉnh lưu. Ngõ ra chỉnh lưu của stator bộ
kích từ nhỏ cung cấp năng lượng từ trường tónh của bộ kích từ xoay chiều.
Bộ điều chỉnh điện áp điều khiển từ trường của bộ kích từ xoay chiều, điều
khiển trở lại từ trường của máy phát chính.
Máy kích từ
phụ
Phần ứng

Phần quay

Máy phát chính

Máy kích từ AC

N
S

Phần ứng

Phần ứng

Cuộn kích từ chính
Ba pha xoay
chiều

Biến
dòngđiện

Biến áp
xung

Cuộn kích
từ

Điều khiển
bằng tay
Bộ điều
chỉnh

Ngõ nhập
phụ

Hình 1-5: Hệ thống kích từ không chổi than.
3- Hệ thống kích từ tónh:

Tất cả phần tử trong hệ thống đều đứng yên. Các bộ chỉnh lưu tónh,
được điều khiển hoặc không điều khiển, cung cấp dòng kích từ trực tiếp cho
từ trường máy phát chính nhờ các vòng trượt. Nguồn cung cấp cho bộ chỉnh
lưu được lấy từ máy phát chính hay từ các nguồn trạm tự dùng của nhà máy
qua máy biến áp giảm áp xuống cấp thích hợp, đôi khi lấy từ cuộn phụ
trong máy phát. Hệ thống kích từ tónh thường có ba kiểu sử dụng rộng rãi:
Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp: Trong hệ thống này năng
lượng kích từ được cung cấp nhờ một máy biến áp lấy điện từ đầu cực máy
phát hoặc từ các trạm tự dùng, nó được điều chỉnh bộ chỉnh lưu có điều
khiển hình 1-6. hệ thống này vốn có hằng số thời gian rất nhỏ. Điện áp ra
cực đại của bộ kích từ phụ thuộc vào điện áp xoay chiều ở ngõ vào. Vì vậy
khi hệ thống bị sự cố sẽ làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm xuống dẫn

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 18


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

đến điện áp cực đại ở đầu ra của bộ kích từ có thể bị giảm theo. Hạn chế
này của hệ thống kích từ, được bù bằng đáp ứng gần như tức thời và khả
năng thay đổi từ trường cưỡng bức cao. Ngoài ra nó bảo trì dễ dàng và rẽ
tiền. Đối với máy phát nối với hệ thống công suất lớn thì hệ thống kích từ
này làm việc rất tốt.

Chỉnh lưu
Máy biến áp điều khiển
kích từ

Biến
dòngđiện
Biến áp
đo lường

Máy phát chính

Bộ điều chỉnh
một chiều

DC

AC
Bộ điều chỉnh
xoay chiều

Ngõ nhập
phụ

Hình 1- 6: Hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp.
Hệ thống chỉnh lưu nguồn kết hợp: Năng lượng của hệ thống kích từ
trong trường này được tao ra nhờ sử dụng dòng điện củng như điện áp của
máy phát chính. Điều này thực hiện được bởi máy biến áp công suất và
máy biến dòng bão hoà hình 1-7. hoặc là nguồn áp và nguồn dòng kết hợp
nhờ sử dụng một máy biến áp kích từ đơn, như là máy biến dòng bão hoà.
Bộ điều chỉnh điều khiển ngõ ra của bộ kích từ thông qua việc điều khiển
sự bão hoà của máy biến áp kích từ. Khi máy phát không cung cấp cho tải
thì dòng ở phần ứng bằng không, còn nguồn áp cung cấp toàn bộ cho năng
lượng kích từ. chế độ có tải một phần năng lượng kích từ được lấy từ dòng
điện máy phát. Khi hệ thống bị sự cố, với sự cố nặng làm giảm điện áp đầu

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 19


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

cực máy phát, lúc đó dòng điện sự cố sẽ cung cấp năng lượng từ trường
cưỡng bức cao.

Máy biến
dòng bão hoà

Phần ứng

Biến dòng

Biến áp
công suất
Nguồn
dòng

Chỉnh lưu
công suất

Nguồn áp

Bộ điều
chỉnh

Cuộn kích từ

Biến áp
xung

Vòng trượt

Cuộn kháng tuyến tính
Ngõ nhập phụ

Hình 1- 7: Hệ thống kích từ chỉnh lưu nguồn kết hợp.
Hệ thống kích từ chỉnh lưu điều khiển kết hợp: Hệ thống này sử dụng
chỉnh lưu điều khiển trong mạch xuất của bộ kích từ và sự kết hợp của
nguồn áp, nguồn dòng bên trong stator máy phát để cung cấp năng lượng
cho bộ kích từ. Kết quả là hệ thống kích từ tónh cho đáp ứng ban đầu cao
với nhiều khả năng cưỡng bức như hình 1-8.
Bởi vì nguồn năng lượng của hệ thống kích từ tónh là từ máy phát
chính, nó là hệ thống tự kích. Máy phát không thể tự phát ra điện áp khi
chưa có dòng kích từ. Do đó cần có nguồn năng lượng khác trong vài giây
để cung cấp dòng kích từ và năng lượng kích thích ban đầu cho máy phát.
Phương pháp này tạo nên dòng kích từ cho máy phát được gọi là kích từ
trường. Nguồn kích thường dùng là nguồn accu tónh.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 20


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

Khung máy phát
Máy phát
Phần ứng
Máy biến áp kích từ
Thanh cái P
C
F

P

Biến dòng

Cuộn kháng

Biến áp
xung

Cuộn kích từ

Bộ chỉnh
lưu mắc rẻ
điều khiển
thyristor

Vòng trượt

Bộ điều
chỉnh ĐC

Bộ điều
chỉnh AC

Ngõ nhập phụ
Trị đặt AC

Trị đặt AC

Hình 1- 8: Hệ thống kích từ tổng hợp có điều khiển.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 21


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG KÍCH TỪ TRỊ AN
I-Giới thiệu chung:
Hệ thống kích từ Tri An là hệ thống kích từ song song tự kích, nguồn
kích từ ban đầu lấy từ tự dùng tổ máy và nguồn một chiều từ hệ thống accu
nhà máy, hệ thống kích từ tạo ra dòng điện một chiều điều chỉnh được để
kích thích máy điện đồng bộ, để tạo ra dòng một chiều mà điều chỉnh được
người ta dùng hai bộ cầu chỉnh lưu ba pha thyristor làm việc song song, sơ
đồ động lực hệ thống kích từ Trị An như hình 2-1.
Cung cấp hai bộ chỉnh lưu thyristor từ biến áp TE nối vào đầu cực
stator của máy phát được kích thích. Để tạo xung kích cho thyristor nhờ các
bộ tạo xung AV-1 và AV-2, thực hiện quá trình điều chỉnh nhờ bộ điều
chỉnh tự động AVM (AVR), bộ điều chỉnh dự phòng bằng tay AVN và sơ

đồ rơ le. Bảo vệ cho các bộ chỉnh lưu và rotor khỏi quá điện áp nhờ bộ
phóng điện FV tác động nhiều lần. Dập từ máy phát trong chế độ sự cố
dùng máy cắt dập từ QAE.
Khi bộ điều chỉnh AVR hư hỏng sẽ chuyển tự động hệ thống điều
chỉnh kích thích sang bộ dự phòng AVN và giử nguyên chế độ kích thích
xác lập trước đó. Sơ đồ nhất thứ và sơ đồ điều khiển được thực hiện sao cho
khi cần thiết có thể đưa một bộ chỉnh lưu thyristor ra sửa chữa mà không
cần cắt hệ thống kích thích.
II- Thông số kỹ thuật của hệ thống kích từ:
STT
THÔNG SỐ
ĐỊNH MỨC
1
Điện áp định mức (v)
400
2
Dòng điện định mức (A)
1600
3
Công suất định mức (KW)
640
4
Điện áp kích thích giới hạn (v)
≤ 910
5
Dòng điện kích thích giới hạn (A)
≤ 2910
6
Giá trị kích thích theo điện áp, đơn vị tương đối
≥ 2.5

- khi điện áp cung cấp định mức
≥ 2.0
- khi 80% điện áp cung cấp định mức
7
Giá trị đỉnh theo dòng kích thích, đơn vị tương đối
≥ 2
8
Công suất cường hành(kw)
2650
9
Thời gian cường hành kích thích(s)
≤ 50
10
Sự tác động nhanh khi cường hành kích thích(s)
≤ 0.05
Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 22


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

11
12

13
14

15
16

17

20
21
22
23
24
25
26
27

Tần số điện áp cung cấp (Hz)
Sự thay đổi cho phép của tần số điện áp cung cấp
- lâu dài (Hz)
- ngắn hạn không lớn hơn 50s(Hz)
Điện áp cung cấp tự dùng tần số 50Hz
Độ thay đổi cho phép của điện áp tự dùng 50
Hz(%)
- lâu dài.
- Ngắn hạn khoảng 1s.
- Ngắn hạn khoảng 50s

50
+2 ; - 3
+40 ; -10
380 V

+10 ; -20
+ 45
+15

Điện áp tự dùng một chiều(v)
220
Độ thay đổi cho phép của điện áp cung cấp tự +10; -15
dùng từ nguồn một chiều(%)
Công suất tiêu thụ tự dùng khi điện áp định mức
(kw)
1- Từ lưới 380v, 50Hz:
≤ 0.66
- ở chế độ chỉnh lưu thyristor không tải.
≤ 0.42
- ở chế độ chỉnh lưu thyristor có tải.
- Ngắn hạn trong khoảng thời gian 15s khi ≤ 10
kích thích ban đầu.
2- Từ một chiều 220v:
≤ 0.1
- lâu dài.
≤ 0.42
- Ngắn hạn khi cường hành kích thích.
≤ 0.66
- Ngắn hạn khi mất cường hành kích thích
Phạm vi thay đổi góc điều chỉnh ( độ điện)
1 - 150
Hiệu suất ( giá trị tính toán) %
97
Độ ồn
≤ 80
Kiểu làm mát
tự nhiên
Nhiệt độ bình thường của môi trường

Từ 1 - 45°c
Công suất tiêu thụ của AVM (VA)
≤5
Công suất tiêu thụ của AVN (VA)
≤5
Công suất tiêu thụ của biến dòng đo lường (VA)
≤5

III- Các chế độ của hệ thống kích thích bảo đảm làm việc máy phát.
Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 23


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

- Khởi động, kích thích ban đầu và đóng vào lưới bằng phương pháp hoà
chính xác ( tự động hoặc bằng tay ) trong chế độ làm việc bình thường của
lưới và bằng phương pháp hoà tự đồng bộ trong chế độ sự cố.
- Chế độ không tải và hoạt động của máy phát trong lưới với phụ tải từ
không tải đến tải định mức, làm việc theo giới hạn của biểu đồ công suất
máy phát củng như khi quá tải theo đúng tiêu chuẩn ΓOCT.
- Dừng tổ máy trong chế độ bình thường và sự cố.
- Chế độ quá độ sự cố như ngắn mạch, quá tải và cắt tải.
- Chế độ làm việc và các thông số của hệ thống kích thích máy phát
đầy đủ khi các nhánh làm việc song song và khi hư hỏng một mạch
trong nhánh cùng tên bất kỳ của các bộ chỉnh lưu khi chúng làm việc.
- Cường hành kích thích theo một bội số cho trước và cắt kích từ khi hư
hỏng trong lưới.
- Cắt kích từ và dập từ khi dừng bình thường máy phát bằng cách

chuyển bộ chỉnh lưu sang chế độ nghịch lưu.
- Dập từ trong chế độ sự cố bằng máy cắt dập từ.
- Dòng kích thích khi máy phát làm việc với tải định mức và hệ số
cosϕ = 1 trong trường hợp hư hỏng hai mạch song song nhánh cùng
tên bất kỳ của các bộ chỉnh lưu được nối song song hoặc là trong
trường hợp cắt một bộ chỉnh lưu và bộ chỉnh lưu còn lại còn đầy đủ
các mạch song song. Lúc này phải tự động cấm chế độ cường hành.
- Điều chỉnh dòng kích thích theo độ lệch và đạo hàm điện áp, độ lệch
và đạo hàm tần số, đạo hàm dòng kích thích.
- Thay đổi tri số đặt điện áp máy phát trong giới hạn từ 80% đến 110
% giá trị định mức.
- Hạn chế dòng kích từ ở hai lần định mức và đồng thời hạn chế quá tải
dòng kích thích theo đặc tính thời gian phụ thuộc.
- Hạn chế dòng kích thích cực tiểu theo trị số đặt phụ thuộc vào trị số
công suất thực trong chế độ tiêu thụ công suất kháng từ lưới.
- Hoạt động của máy phát trong chế độ điều chỉnh nhóm công suất
kháng.

TE

TV n Hữu Khánh Ngọc
Học viên: Nguyễ
AVR

AVR và
Bộ tạo
xung

Trang 24

Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

Hình 2-1: SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC HỆ THỐNG
KÍCH TỪ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRỊ AN

IV- Các thiết bị chính và nguồn cung cấp.
Các thiết bị chính và nguồn cung cấp như hình 2-1.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 25


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

L cuộn dây rotor có điện trở một chiều 0,195Ω ở nhiệt độ 150c.
TE biến áp chỉnh lưu.
Biến áp ba pha.
Sơ đồ nối dây sao- tan giác.
Công suất định mức 2000 KVA.
Tỷ số biến 13,8/ 0,786 KV.
Rcc là điện trở đồng bộ có giá trị điện trở là 3Ω. Được dùng trong quá
trình hoà tự đồng bộ máy phát, nối tắt cuộn dây rotor trong trường hợp
dập trường khi sự cố củng như trong trường hợp quá điện áp cuộn dây
rotor mà bộ bảo vệ quá áp làm việc.
4- TA1 biến dòng điện tỷ số 2000/ 5, cung cấp tín hiệu dòng rotor trong
các chế độ làm việc.
5- KM 1 công tắc tơ, dùng để nối cuộn dây rotor với Rcc khi sự cố và khi
bảo vệ quá áp rotor làm việc.

6- QAE máy ngắt dập từ một chiều, dùng để dập từ trường trong trường
hợp cắt kích từ sự cố.
7- FV bộ phóng điện dùng thyristor, để bảo vệ quá điện áp cuộn dây
rotor đồng thời bảo vệ các thiết bị trong mạch lực một chiều,trị số làm
việc là 1800V.
8- QS1, QS2, QS3, QS4 là các cầu dao xoay chiều ba pha và cầu dao một
chiều, dùng trong khi sửa chửa định kỳ hoặc khi sửa chửa sự cố tách
một bộ chỉnh lưu thyristor ra khỏi hệ thống kích từ.
9- TL1 và TL2 biến thế nguồn xoay chiều ba pha,tỉ số biến 786/ 380 v,
cung cấp nguồn cho bộ tạo xung, bộ điều chỉnh kích từ dự phòng AVN,
và bộ điều chỉnh kích từ chính AVM ( AVR ) khi máy phát đang
làmviệc.
10- T1 và T2 là bộ chỉnh thyristor theo sơ đồ cầu ba pha, trong đó mỗi
nhánh gồm có ba con thyristor mắc song song, thyris tor loại T353800, các thyristor được bảo vệ quá dòng bằng cầu chì, và mạch cản dịu
là điện trở mắc nối tiếp với tụ điện và song song thyristor khi có thay
đổi nhanh điện áp đặt trên thyristor. Hai bộ chỉnh có thể làm việc song
song, hoặc từng bộ riêng biệt trong trường hợp một bộ bị sự cố mà phải
tách ra sửa chửa.
11- RC là bộ lọc nguồn xoay chiều dùng điện trở và tụ điện, nhằm lọc các
xung điện bảo vệ đầu vào các bộ chỉnh lưu.
123-

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngoïc

Trang 26


Chương 1: Tổng quan về hệ thống kích từ

12- YBH thiết bị nguồn kích từ ban đầu cho máy phát, dòng kích từ ban

đầu khoảng 50A, được lựa chọn giửa nguồn xoay chiều từ tự dùng tổ
máy hoặc từ hệ thống nguồn accu nhà máy, hệ thống kích từ ban đầu
được cắt ra khi điện áp máy phát đạt 0.5m.
13- AV1 và AV2 bộ tạo xung kích cho bộ chỉnh lưu thyristor trong các chế
độ làm việc của bộ chỉnh lưu.
14- AVM (AVR) và AVN bộ điều chỉnh tự động chính và dự phòng, dùng
để điều chỉnh điện áp và công suất tổ máy, nhận các tín hiệu để điều
khiển là điện áp máy phát, dòng stator, dòng rotor và tần số máy phát,
để tạo ra điện áp một chiều thích hợp đưa đến bộ tạo xung.
15- TA 3 biến dòng điện tỉ số biến 8000/ 5, đưa tín hiệu dòng stator vào
bộ điều chỉnh kích thích.
V- Các bảo vệ của hệ thống kích thích.
Các sự cố đưa đến cắt hệ thống kích từ:
- Sự cố cháy máy phát.
- Từ bảo vệ máy phát phần stator.
- Bảo vệ chạm đất một điểm ở phần động lực của hệ thống kích từ, trị số
tác động 10kΩ và sau 10s.
- Bảo vệ điện áp tăng cao 1,15m khi không tải.
- Bảo vệ tần số giảm thấp 46Hz khi không tải.
- Từ bảo vệ máy biến áp kích từ TE.
- Quá trình đóng kích từ mà dòng nhỏ hơn 0,2 Irotor thì sau 4s đi cắt
kích từ.
- Khi hư hỏng hai bộ chỉnh lưu và hai bộ tạo xung.
- Mất kích từ, dẫn đến máy phát mất đồng bộ khi dòng Istator lớn hơn
1,35Iđm.
- Bảo vệ khi dòng cường hành 2Iđm và sau 65s dẫn đến cắt kích từ.
- Bảo vệ khi hư hỏng bộ hạn chế 2Iđm trong AVR, khi dòng kích từ lớn
hơn 2Iđm thì sau 1,5s đi cắt kích từ.
Ngoài ra còn có các bảo vệ chỉ báo tín hiệu mà không đi cắt kích từ
như quá tải rotor 1,1Iđm, bảo vệ bộ hạn chế dòng kích từ cực tiểu ở trong

AVR, bộ phóng điện bảo vệ quá áp rotor, hư hỏng AVR, và các bảo vệ sự
mất dẫn của thyristor vv..
VI- Bộ tạo xung kích thyristor.

Học viên: Nguyễn Hữu Khánh Ngọc

Trang 27