Heä thoáng kích töø ĐỀ TÀI Hệ thống kích từ EX2000 của nhà máy thủy điện Hàm Thuận Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : 4/2007 1/41 Heọ thoỏng kớch tửứ MC LC Li núi u. 1 Sinh viờn thc hin : 1 Chng 1: Mễ T H THNG 4 Chng 1: Mễ T H THNG 4 Chng 2: QUY NH AN TON 21 Chng 2: QUY NH AN TON 21 Chng 3: LP T, VN HNH V BO TRè 28 Chng 3: LP T, VN HNH V BO TRè 28 Chng 4: NHNG HIN TNG BT THNG, 34 Chng 4: NHNG HIN TNG BT THNG, 34 S C V BIN PHP X Lí 34 S C V BIN PHP X Lí 34 Chng 5: NHN XẫT V KIN NGH 41 Chng 5: NHN XẫT V KIN NGH 41 Chng 6: CC PH LC 42 Chng 6: CC PH LC 42 4/2007 2/41 Hệ thống kích từ LỜI NÓI ĐẦU Nhà máy thủy điện đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển nguồn năng lượng của Quốc gia. Do tầm quan trọng như vậy nên việc vận hành an tồn và hiệu quả nhà máy là cần thiết để đảm bảo tính ổn định chung trong tồn hệ thống điện. Để đáp ứng được các u cầu trên, mỗi thiết bị, hệ thống cơng nghệ trong nhà máy phải làm việc tin cậy và an tồn. Ngồi ra, yếu tố con người vận hành thiết bị là quan trọng nhất vì con người là chủ thể trực tiếp tác động lên thiết bị. Hệ thống kích từ là một trong những hệ thống cơng nghệ thuộc nhà máy, đáp ứng u cầu kích thích cho tổ máy, đóng góp một phần quan trọng trong việc vận hành ổn định nhà máy. Do đó, mục đích của người làm chun đề này nhằm đưa ra các kiến thức về hệ thống kích từ như: mơ tả hệ thống, các quy định về an tồn, vận hành, các hiện tượng bất thường và sự cố để người vận hành có kiến thức sâu hơn về hệ thống, am hiểu từng thiết bị thuộc hệ thống, từ đó có thể vận hành an tồn và hiệu quả hệ thống do mình đảm nhiệm, góp phần hồn thành nhiệm vụ chung của nhà máy. Qua thời gian thực hiện chun đề, tìm hiểu tài liệu và được sự quan tâm giúp đỡ của Phân xưởng vận hành II thuộc NMTĐ Hàm Thuận, sự chỉ đạo của Trưởng Ban mà đặc biệt là sự chỉ đạo trực tiếp của Quản đốc phân xưởng vận hành A-Vương đến nay chun đề của tơi cơ bản đã hồn thành. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, tính phức tạp của chun đề và trình độ kinh nghiệm còn hạn chế, nên trong thời gian thực hiện chun đề khơng tránh khỏi những sai sót mong ý kiến đóng góp của Lãnh đạo và đồng nghiệp để chun đề được hồn thiện hơn. Tơi xin chân thành cảm ơn. Người biên soạn Huỳnh Thanh Nga 4/2007 3/41 Heä thoáng kích töø Chương 1: MÔ TẢ HỆ THỐNG 1.1- Khái quát - Hệ thống kích từ EX2000 của nhà máy thủy điện Hàm Thuận là một hệ thống số do hãng GE-USA cung cấp có chức năng kích từ cho tổ máy. Bao gồm hai phần: phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm các thiết bị sau: + Máy biến thế kích từ. + Bộ lọc nguồn. + Máy biến thế cấp nguồn cho quạt và cấp nguồn điều khiển. + Module điều khiển. + Module bảo vệ. + Bộ cấp nguồn nuôi. + Bộ phát hiện chạm đất kích từ. + Bộ khử điện áp trục. + Module khử từ. + Module bảo vệ quá áp thyristor. + Module mồi ban đầu. + Màn hình điều khiển IOS. Phần mềm sử dụng chương trình Super Tool 2000 (ST2000) để cài đặt, chỉnh định thông số và giao tiếp với hệ thống thông qua cổng RS-232C (tổng quan về phần mềm điều chỉnh xem sơ đồ 1). - Hệ thống kích từ cho mỗi tổ máy gồm hai bộ điều chỉnh AVR1, AVR2 và bộ bảo vệ. Trong trường hợp vận hành bình thường bộ AVR1 làm việc chính còn bộ điều chỉnh AVR2 làm việc dự phòng và được nối với bộ tải giả. Khi phát hiện có hiện tượng bất thường đối với bộ 1 thì bộ bảo vệ đưa tín hiệu đến bộ điều khiển để chuyển sang bộ làm việc dự phòng AVR2. - Bộ điều chỉnh có hai chế độ làm việc đó là điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát và điều chỉnh điện áp kích từ hay còn gọi là bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) và bộ điều chỉnh điện áp kích từ (FVR). - Khi vận hành dưới sự điều khiển của bộ điều chỉnh AVR giá trị điện áp đầu cực máy phát luôn luôn được duy trì bất kể trạng thái của phụ tải. - Khi vận hành dưới sự điều khiển của bộ FVR hằng số điện áp kích từ của máy phát được giữ không đổi bất kể các điều kiện vận hành của điện áp đầu cực máy phát. - Bình thường chọn bộ AVR làm việc và sẽ tự động chuyển sang bộ FVR khi bị mất tín hiệu PT, CT đầu cực máy phát. - Công suất cung cấp cho hệ thống kích từ được lấy từ một máy biến thế kích từ (PPT) nối trực tiếp trên dao cách ly đầu cực máy phát. - Hệ thống kích từ có thể chia làm 3 khối chức năng chính như sau (xem sơ đồ 2): + Khối nguồn. + Khối điều khiển. + Khối đo lường và bảo vệ. 4/2007 4/41 S 1: S khi chc nng 2 Khi ngun Khi iu khin Khi o lng v bo v H THNG KCH T 1 3 Heọ thoỏng kớch tửứ - Mi liờn h gia cỏc khi chc nng: (xem ph lc 1.5b) Cỏc u vo ra ca tng khi chc nng v mi liờn h gia cỏc khi chc nng th hin trờn s 3. - Mi liờn h vi cỏc h thng/thit b khỏc: + Mỏy phỏt. + H thng t dựng AC, DC. + H thng iu khin. + H thng o lng v bo v. - Nhn bit h thng: Mỏy bin th kớch t, mỏy ct kớch t 52E, dóy t kớch t u cú mu xỏm v c b trớ nh sau: + Mỏy bin th kớch t b trớ ti cao trỡnh 226,5m. + Mỏy ct kớch t 52E b trớ ti cao trỡnh 226,5m. + Dóy t kớch t b trớ ti cao trỡnh 332,5m (xem ph lc 1.1- S b trớ khụng gian thc h thng kớch t). 1.2- Chc nng Thit lp v iu chnh in ỏp ca mỏy phỏt v h thng. 1.3- Nhim v 1.3.1- Nhim v chung ca h thng H thng kớch t phi m bo cỏc chc nng sau õy: - Kớch t cho t mỏy. - Kớch t ban u trong trng hp khi ng en t mỏy. - Khi ng t ng v hũa vo li bng phng phỏp ng b chớnh xỏc. - Tng kớch thớch mỏy phỏt khi s c trờn h thng in lm gim in ỏp trờn thanh cỏi mỏy phỏt. - Gim kớch thớch mỏy phỏt khi s c trờn h thng in lm gim in ỏp trờn thanh cỏi mỏy phỏt. - Ngoi ra, h thng kớch t cũn cha ng cỏc chc nng bo v, cỏc chc nng dp t cho t mỏy trong trng hp s c. 1.3.2- Nhim v c th ca tng khi 1.3.2.1- Khi ngun Nhim v ca khi ny l cung cp ngun ban u cho b chnh lu (ngun lc) v ngun cung cp cho module iu khin v module bo v hot ng. 1.3.2.2- Khi iu khin iu khin thyristor ca b chnh lu chuyn i ngun AC thnh ngun DC cp cho cun dõy rotor. 1.3.2.3- Khi o lng v bo v 4/2007 5/41 Heọ thoỏng kớch tửứ - Khi o lng cú chc nng o in ỏp phn hi t u cc mỏy phỏt a vo khi iu khin, m bo quỏ trỡnh iu khin l chớnh xỏc ỏp ng c tớn hiu u ra mong mun. - Khi bo v: Cú nhim v bo v bờn trong v bờn ngoi b kớch t. Ngoi ra khi ny cũn cú nhim v a tớn hiu a n b iu khin chuyn i Core lm vic chớnh sang d phũng v chuyn ch ch vn hnh t t ng sang vn hnh bng tay. 1.4- Cu to - Theo nhim v va trỡnh by trờn, h thng kớch t cú th chia ra thnh 3 khi chc nng chớnh theo s cõy (xem s 1). - Cu to ca tng chi tit trong cỏc khi c trỡnh by nh sau: 1.4.1- Khi ngun (Xem hỡnh nh thit b ti Ph lc 6 Hỡnh nh h thng kớch t). Khi ngun (khi 1) bao gm cỏc thit b chớnh sau: Thit b 1.1- Mỏy bin th kớch t (PPT) Thụng s k thut: - Hóng ch to : HAMMOND CANADA. - Loi : Khụ, 3 pha - Cụng sut nh mc : 1180 kVA. - in ỏp nh mc : 13.8 kV/0.4 kV - Dũng nh mc : 46.0A/1512A - S u dõy : Yd1 - Tn s nh mc : 50 Hz. - in th ngn mch : 6.09% - H thng lm mỏt : T nhiờn (AN) - gia tng nhit cho phộp ca cun dõy : 80 o C - H s quỏ ti v in ỏp: + 150% U m trong 1 phỳt trong mi gi + 160% U m trong 10 phỳt - u i nc khụng ti : 5 nc 13.11; 13.45; 13.8; 14.14; 14.49KV/0.4KV Nhim v: h in ỏp t 13,8kV xung giỏ tr cn thit 400V cung cp cho cu nn kớch t SCR qua CB 52E v úng vai trũ cỏch ly vi h thng in cao th. Thit b 1.2- Mỏy ct kớch t (52E) Cu to: - Gm hai cun ct v mt cun úng. - Np lũ xo bng tay cho quỏ trỡnh úng mỏy ct. Thụng s k thut: - Hóng ch to : GE- CANADA. - Loi : WaveProTM. - Dũng in chu ng : 800 2000A. - Dóy in ỏp lm vic : 240 600 Vac. Nhim v: úng cp ngun cho h thng kớch t, m cụ lp h thng kớch t. Ngoi ra, cũn cú chc nng cỏch ly mch kớch t. Thit b 1.3- B lc 4/2007 6/41 Heọ thoỏng kớch tửứ Thụng s k thut: in tr R = 8.3, t in C = 5.0àF, cu chỡ: 30A- 600V. Nhim v: lc cỏc thnh phn súng hi bc cao trc khi vo b chnh lu. Thit b 1.4- Mỏy bin th cp ngun Nhim v: - Cp ngun 3 pha 460V cho qut lm mỏt thyristor. - Cp ngun 1 pha 115V cho b iu khin. - Cp ngun 1 pha 115V cho b bo v. Thit b 1.5- ng c qut lm mỏt cho cu chnh lu SCR Thụng s k thut: - in ỏp ngun : 460V - Cụng sut qut : 3hp - Tn s : 50Hz. Nhim v: Lm mỏt cho cu chnh lu SCR. Thit b 1.6- Cụngtct 53A Nhim v: úng/m trong trỡnh t mi ban u. Thit b 1.7- B bo v bin thiờn in ỏp diode Nhim v: bo v du/dt nhm trỏnh quỏ in ỏp t ngt trờn diode. Thit b 1.8- Diode Nhim v: Trỏnh dũng i ngc tr li v cquy trong khi mi ban u. Thit b 1.9- Shunt o lng Cu to: kiu ging nh in tr o lng. Thụng s k thut: dũng in nh mc 100A. Nhim v: phn hi dũng mi ban u a tớn hiu vo b iu khin i m cụngtct 53A v a vo b bo v bo v quỏ trỡnh mi. Thit b 1.10- Cụngtct 53B Nhim v: - úng trong trỡnh t mi ban u. - M khi mi thnh cụng (khi dũng kớch t t 20% dũng kớch t khụng ti). 1.4.2- Khi iu khin (Xem hỡnh nh thit b ti Ph lc 6 Hỡnh nh h thng kớch t). Khi iu khin (khi 2) bao gm cỏc thit b chớnh sau: Thit b 2.1- Bo cp ngun cho b iu khin Thụng s k thut: - u vo cp cho bo cp ngun nuụi bao gm: + Ngun chớnh l 115V AC t cun dõy th cp ca mỏy bin th cp ngun cho qut. + Ngun nuụi th hai l ngun 125Vdc t cquy ca nh mỏy cung cp. Nhim v: cung cp cỏc ngun nuụi DC (24Vdc, 120Vdc cho b iu khin, mn hỡnh iu khin IOS, module kh t, module iu khin mi, mỏy ct t trng, cỏc rle v cỏc b cụng tc t. Thit b 2.2- B iu khin chớnh B iu khin chớnh bao gm b iu chnh in ỏp t ng (AC) v b iu chnh in ỏp bng tay (DC). a- B iu chnh in ỏp t ng (AC regulator): 4/2007 7/41 Heä thoáng kích töø Cấu tạo: gồm các bo mạch điện tử chứa đựng các con vi xử lý để xử lý tín hiệu vào và ra. Thông số kỹ thuật: - Khoảng điều khiển: thông thường 80% đến 110 % điện áp định mức máy phát (tương ứng 11.04kV đến 15.18kV), cả hai giới hạn trên và dưới có thể điều chỉnh khi có yêu cầu - Tần số: áp dụng cho 50/60 Hz. - Điện áp đầu vào: Tín hiệu điện áp 3 pha 3 PT (sơ đồ tam giác hở). Điện áp dây thứ cấp của PT là 120 V tại 50 hay 60 Hz. Trở kháng cho PT nhỏ hơn 10 VA cho tất cả hệ thống. - Dòng điện đầu vào: Yêu cầu sử dụng 3 CT cho 3 pha. Dòng thứ cấp máy biến dòng sẽ là 3 đến 5 A tại dòng định mức của máy phát. Trở kháng của CT nhỏ hơn 1 VA. Nhiệm vụ: Bộ điều khiển chính dùng để điều khiển bộ kích từ. Nó cho phép thực hiện các chức năng Start/Stop như điều khiển bộ tiếp điểm mồi, relay phụ, module khử từ. Nó có chức năng điều chỉnh điện áp máy phát, dòng diện kích từ, có các bộ giới hạn và điều chỉnh V/Hz, UEL, OEL. Nguyên lý hoạt động: Máy phát được đặc trưng bằng sức điện động E F và điện kháng X F . Điện áp đầu cực máy phát được xác định theo biểu thức: FFFF XjIEU −= Nếu E F = const, khi I F thay đổi thì U F thay đổi, để giữ U F = const thì phải thay đổi E F tức là thay đổi kích từ máy phát. Theo nguyên tắc tác động, bộ tự động điều chỉnh điện áp được chia thành 3 nhóm: • Điều chỉnh điện áp theo độ lệch của đại lượng được điều chỉnh (ví dụ theo độ lệch của điện áp U F ). • Điều chỉnh điện áp phụ thuộc vào tác động nhiễu (ví dụ theo dòng điện của máy phát I F , theo góc ϕ giữa điện áp và dòng điện máy phát). • Điều chỉnh điện áp theo độ lệch của đại lượng được điều chỉnh và theo tác động nhiễu. Hệ thống kích từ nhà máy thủy điện Hàm Thuận tác động theo độ lệch của đại lượng được điều chỉnh và theo tác động nhiễu tức là tác động theo điện áp đầu cực và dòng điện máy phát (nguyên lý điều chỉnh điện áp được trình bày ở phụ lục 1.5f) 4/2007 8/41 Sơ đồ 2: Sơ đồ thay thế và đồ thị vectơ của điện áp máy phát Heọ thoỏng kớch tửứ Tớn hiu t PT, CT u cc mỏy phỏt, tớn hiu AC sau mỏy ct 52E v ngun DC sau chnh lu c ly mu thnh cỏc tớn hiu cú dũng v ỏp phự hp c a n bo TCCB. Ti õy tớn hiu tng t c a vo bo LDCC l bo x lý chớnh. Bo ny cha b iu chnh tớch phõn t l, so sỏnh tớn hiu in ỏp u cc mỏy phỏt vi tớn hiu tham chiu iu khin (13,8kV) to ra mt tớn hiu sai lch. Tớn hiu ny c a ti b PI kim soỏt u ra tng ng vi u vo v s c a n bo DCFB chuyn i tớn hiu s li thnh tớn hiu tng t a vo mch kớch xung PCCA cha 6 bin ỏp xung i kớch tng/gim gúc m ca thyristor Cỏc giỏ tr u vo ca b iu chnh AC: - B bự dũng in khỏng (RCC): Cõn bng cụng sut vụ cụng gia 2 t mỏy vn hnh song song. - Gii hn V/Hz: T s ny phi c gii hn trỏnh quỏ t thụng mỏy phỏt v bin th do vn hnh quỏ in ỏp hay tn s thp, hoc phi hp c 2 trng hp. - B n nh h thng (PSS): B ny ci thin tớnh n nh quỏ cho h thng. B PSS c cp bng tớn hiu tc tng hp trờn c s tớch phõn cụng sut gia tc. Nú lm cho ng biu din cụng sut c bng phng hn khi nú a vo lm vic. - B gii hn quỏ kớch thớch (OEL). - B gii hn kộm kớch thớch (UEL): Dựng ngn chn s gim kớch t ca mỏy phỏt trỏnh quỏ nhit lừi thộp stator. ng cong UEL: ng cong gii hn UEL l mt khi phỏt hm tuyn tớnh do 5 im to thnh. Hm ny hon ton nm bờn trỏi ca Y0: im th nht, v bờn phi ca Y4: im cui cựng. To X tng n iu X0<X1<X2<X3<X4. To c xỏc nh theo n v cnt, vi mỏy phỏt; 1puW = 5000 cnt v 1puVAR = 5000 cnt. Chia thnh tng phn kộm kớch thớch ca c tớnh vụ cụng mỏy phỏt c bit c biu din trong s 3. 1pu cụng sut h s cụng sut thng nht l 177 MW = 5000cnt. Giỏ tr ny c nh ngha trong khi ly thang o gc ca cỏc phn hi dũng v ỏp mỏy phỏt. EX2000 tớnh toỏn W v VAR t dũng v ỏp mỏy phỏt o c. Cỏc ta X c ly nh sau: 0,3; 0,6; 0,9; v 1,2 puMW. X = 0 l to X ng vi im Y0 v cn thit phi nhp vo. Thit lp cỏc giỏ tr cho to X nh sau: X1 = 0,3pu = 0,3*5000 cnt = 1500 cnt = EE.2864, tng ng vi 53,1MW vỡ 1puMW = 177MW = 5000 cnt. X2 = 0,6pu = 0,6*5000 cnt = 3000 cnt = EE.2866, tng ng 106,2MW. X3 = 0,9pu = 0,9*5000 cnt = 4500 cnt = EE.2868, tng ng 159,3MW. X4 = 1,2pu = 1,2*5000 cnt = 6000 cnt = EE.2870, tng ng 212,4MW. Tip theo, to Y phi c la chn. T c tớnh vụ cụng khỏch hng la chn, thit lp: EE.2872 = -3000 cnt hay Y0 = -106.2 MVAR EE.2865 = -3000 cnt hay Y1 = -106.2 MVAR EE.2867 = -3000 cnt hay Y2 = -106.2 MVAR EE.2869 = -2500 cnt hay Y3 = -88.5 MVAR EE.2871 = 2500 cnt hay Y4 = 88.5 MVAR 4/2007 9/41 Heä thoáng kích töø b- Bộ điều chỉnh bằng tay (DC) Cấu tạo gồm các bo mạch điện tử chứa đựng các con vi xử lý để xử lý tín hiệu vào và ra. Thông số kỹ thuật: - Khoảng điều khiển: Từ 31% điện áp kích từ không tải đến 122 % điện áp kích từ định mức của máy phát (tương ứng với 27Vdc đến 262Vdc). Cả hai giới hạn trên và dưới đều có thể điều chỉnh được. - Độ nhạy: Tín hiệu hồi tiếp điện áp kích thích (ngõ ra cầu nắn) cho bộ điều chỉnh bằng tay được đưa vào SHVI để phản hồi tín hiệu. Nhiệm vụ: bộ điều chỉnh DC nhằm mục đích giữ cho điện áp kích từ không đổi bất kể các điều kiện vận hành của điện áp đầu cực máy phát. Việc chuyển sang điều khiển bằng tay chỉ xảy ra khi mất tín hiệu hồi tiếp điện áp đầu cực máy phát, bộ dò sự cố PT làm việc. Trong trường hợp này việc điều chỉnh dòng kích từ ở trạng thái off-line được giới hạn bởi tỉ số V/Hz để ngăn chặn quá từ thông máy phát. Thiết bị 2.2a- Bo LDCC Nhiệm vụ: Bo mạch điều khiển LDCC (drive control card) là một bo vi xử lý chính, cung cấp các xung điều khiển cho các SCR và các chức năng điều chỉnh như sau: + Tự động điều thế (AVR). + Bộ điều chỉnh điện áp kích từ. + Bộ điều chỉnh giới hạn dòng kích từ. + Bộ điều chỉnh giới hạn V/Hz. + Bù dòng điện vô công. + Bộ điều chỉnh giới hạn dưới kích thích. + Bộ điều chỉnh Var/hệ số công suất. + Ổn định hệ thống PSS. Thiết bị 2.2b- Bo DCFB 4/2007 10/41 Y1 Y2 X3X2X1 0,6 X4 Y3 Y4 - 0,2 - 0,6 Y0 Lead Lag MVAR (pu) 0,1 0 0,3 0,9 1,2 - 0,5 0,2 0,1 0,5 Sơ đồ3: Đặc tính đường cong UEL [...]... cu cỏc dng c tiờu chun c s dng khi lm vic vi cỏc thit bi in - Cỏc dng c o di õy v cỏc sỏch tham kho s cú tỏc dng: + ng h o + Mỏy chp súng + Megger + Ti liu hng dn GEH-6120, hng dn s dng h thng kớch t EX2000 Cnh bỏo: ngn nga s c in, phi chc chn tt c cỏc ngun in cung cp ti cỏc thit b ny u ngt Sau ú ni t v x in trờn cỏc thit b trc khi thc hin vic iu chnh, bo dng 3.4.2.2- Trung tu a- Mc ớch: - Thớ nghim . thoáng kích töø Chương 1: MÔ TẢ HỆ THỐNG 1.1- Khái quát - Hệ thống kích từ EX2000 của nhà máy thủy điện Hàm Thuận là một hệ thống số do hãng GE-USA cung cấp có chức năng kích từ cho tổ máy. Bao. Heä thoáng kích töø ĐỀ TÀI Hệ thống kích từ EX2000 của nhà máy thủy điện Hàm Thuận Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : 4/2007 1/41 Heọ. Hệ thống kích từ là một trong những hệ thống cơng nghệ thuộc nhà máy, đáp ứng u cầu kích thích cho tổ máy, đóng góp một phần quan trọng trong việc vận hành ổn định nhà máy. Do đó, mục đích của