159  Chương 11: TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG I Khái niệm chung: Duy trì điện áp bình thường biện pháp để đảm bảo chất lượng điện hệ thống điện Điện áp giảm thấp mức gây nên độ trượt lớn động không đồng bộ, dẫn đến qúa tải công suất phản kháng nguồn điện Điện áp giảm thấp làm giảm hiệu phát sáng đèn chiếu sáng, làm giảm khả truyền tải đường dây ảnh hưởng đến độ ổn định máy phát làm việc song song Điện áp tăng cao làm già cỗi cách điện thiết bị điện (làm tăng dịng rị) chí đánh thủng cách điện làm hư hỏng thiết bị Điện áp điểm nút hệ thống điện trì giá trị định trước nhờ có phương thức vận hành hợp lí, chẳng hạn tận dụng công suất phản kháng máy phát máy bù đồng bộ, ngăn ngừa tải phần tử hệ thống điện, tăng giảm tải hợp lí đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp máy biến áp Điện áp trì nhờ thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) máy phát điện máy bù đồng bộ, thiết bị tự động thay đổi tỷ số biến đổi máy biến áp, thiết bị tự động thay đổi dung lượng tụ bù tĩnh II Thiết bị TĐK: Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) sử dụng để trì điện áp theo đặc tính định trước để phân phối phụ tải phản kháng nguồn cung cấp tình trạng làm việc bình thường hệ thống điện II.1 Các nguyên tắc thực tự động điều chỉnh kích từ: Máy phát đặc trưng sức điện động EF điện kháng XF (hình 11.5) Áp đầu cực máy phát xác định theo biểu thức : U F = EF − j I F X F (11.2) Nếu EF = const, IF thay đổi UF thay đổi, để giữ UF = const phải thay đổi EF tức thay đổi kích từ máy phát Theo nguyên tắc tác động, thiết bị tự động điều chỉnh điện áp chia thành nhóm: Điều chỉnh điện áp theo độ lệch đại lượng điều chỉnh (ví dụ, theo độ lệch UF) Điều chỉnh điện áp tùy thuộc vào tác động nhiễu (ví dụ, theo dịng điện máy phát IF , theo góc ϕ điện áp dòng điện máy phát, ) 160 Điều chỉnh điện áp theo độ lệch đại lượng điều chỉnh theo tác động nhiễu Hình 11.5 : Sơ đồ thay đồ thị véctơ điện áp máy phát Đối với máy phát điện dùng máy kích thích chiều, thiết bị điều chỉnh điện áp chia thành nhóm: a) Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi RKT mạch cuộn kích từ WKT máy kích thích KT cách từ từ nhờ trượt (hình 11.6 a) nối tắt phần RKT theo chu kỳ (hình 11.6 b) Hình 11.6 : Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi RKT b) Thay đổi kích từ máy phát nhờ dịng kích từ phụ IKTf tỷ lệ với ∆U IF đại lượng ∆U IF Dịng kích từ phụ đưa vào cuộn kích từ WKT (hình 11.7 a) cuộn kích từ phụ WKTf (hình 11.7 b) máy kích thích 161 Hình 11.7 : Thay đổi kích từ máy phát nhờ dịng kích từ phụ II.2 Compun dịng điện: Thiết bị compun dòng điện tác động theo nhiễu dòng điện IF máy phát Sơ đồ cấu trúc thiết bị compun kích từ máy phát hình 11.8 Dòng thứ cấp I2 BI tỷ lệ với dòng IF Dòng biến đổi qua máy biến áp trung gian BTG, chỉnh lưu đưa vào cuộn kích từ WKT máy kích thích Dịng chỉnh lưu IK gọi dòng compun vào cuộn WKT hướng với dịng IKT từ máy kích thích Như dịng tổng (IKT + IK) cuộn kích từ WKT máy kích thích phụ thuộc vào dòng IF máy phát Biến áp BTG để cách ly mạch kích từ máy kích thích với mạch thứ BI có điểm nối đất, ngồi nhờ chọn hệ số biến đổi thích hợp phối hợp dòng thứ I2 BI với dòng compun IK Biến trở đặt Rđ để thay đổi cách đặn dòng IK đưa thiết bị compun vào làm việc, tách Hình 11.8 : Sơ đồ cấu trúc thiết bị compun kích từ máy phát 162 Hình 11.9 : Đặc tính thay đổi điện áp UF máy phát ứng với cosϕ khác Ưu điểm thiết bị compun đơn giản, tác động nhanh Nhưng có số nhược điểm: Compun tác động theo nhiễu, khơng có phản hồi để kiểm tra đánh giá kết điều chỉnh Đối với sơ đồ nối compun vào cuộn kích từ WKT máy kích thích hình 11.7a, IF< IFmin UF thay đổi giống trường hợp khơng có compun (hình 11.9) Dịng IFmin gọi ngưỡng compun Thường IFmin = (10 ÷ 30)%IFđm Tuy nhiên máy phát thường không làm việc với phụ tải nhỏ nên nhược điểm khơng cần phải quan tâm Compun không phản ứng theo thay đổi điện áp cosϕ, khơng thể trì điện áp khơng đổi góp điện áp máy phát Trên hình 1.19 đặc tính thay đổi điện áp UF theo IF Ta thấy với giá trị IF, thiết bị compun điều chỉnh điện áp UF đến giá trị khác ứng với trường hợp cosϕ khác Hình 11.10 : Sơ đồ cấu trúc correctơ điện áp 163 II.3 Correctơ điện áp: Correctơ điện áp thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động theo độ lệch điện áp, thường dùng kết hợp với thiết bị compun kích từ để điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát cách hiệu Hình 11.10 sơ đồ cấu trúc correctơ điện áp, bao gồm: phận đo lường ĐL phận khuyếch đại KĐ Bộ phận đo lường ĐL nối với máy biến điện áp BU qua tự ngẫu đặt TNĐ Khi điện áp thay đổi, phận đo lường ĐL phản ứng điều khiển làm việc phận khuyếch đại KĐ Tự ngẫu đặt TNĐ để thay đổi mức điện áp máy phát cần phải trì correctơ Bộ phận khuyếch đại KĐ cung cấp từ BU đưa dòng correctơ chỉnh lưu IC vào cuộn kích từ phụ WKTf máy kích thích Dịng IC qua cuộn kích từ phụ hướng với dịng cuộn kích từ WKT máy kích thích Bộ phận đo lường gồm phần tử (hình 11.11a): phần tử tuyến tính TT phần tử khơng tuyến tính KTT Phần tử tuyến tính TT tạo nên dịng điện tuyến tính ITT tỷ lệ với điện áp UF máy phát, phần tử không tuyến tính KTT tạo nên dịng điện IKTT phụ thuộc cách khơng tuyến tính vào điện áp UF máy phát (hình 11.11b) Hình 11.11 : Bộ phận đo lường a) Sơ đồ khối chức b) Đặc tính quan hệ dòng ITT IKTT với áp đầu vào Bộ phận đo lường làm việc theo nguyên tắc so sánh dịng ITT IKTT Từ đặc tính hình 11.11b ta thấy rằng: UF = U0 (U0 điện áp xác định góp nối máy phát), dịng ITT = IKTT, lúc có dịng ICmin nhỏ đưa từ correctơ Khi UF giảm, ví dụ giảm đến U1 ITT > IKTT tín hiệu từ phận đo lường ĐL điều khiển phận khuyếch đại KĐ làm tăng dòng IC đưa vào cuộn kích từ phụ WKTf máy kích thích để tăng UF lên Khi điện áp UF tăng, ví dụ tăng tới U2 IKTT > ITT, lúc xuất dòng IC > ICmin làm tăng UF thêm Để ngăn ngừa correctơ tác động không vậy, sơ đồ correctơ có bố trí phần tử khóa IKTT>ITT Đặc tính correctơ quan hệ dòng IC với điện áp góp nối máy phát hình 11.12 Điểm a, tương ứng với IC = IC max, xác đinh khả tăng cường kích từ lớn đảm bảo correctơ Dòng IC điểm d xác định khả giảm kích từ 164 thấp UF tăng Sự giảm thấp đặc tính đoạn ac điện áp nguồn cung cấp cho correctơ bị giảm thấp với giảm thấp UF Đoạn de nằm ngang tác dụng phần tử khóa IKTT > ITT Sơ đồ correctơ khảo sát loại hệ thống Đầu correctơ hệ thống thường nối để IC qua cuộn kích từ phụ WKTf thuận chiều với dịng IKT cuộn kích từ WKT Correctơ nối gọi correctơ thuận Trong số trường hợp người ta nối đầu correctơ để dòng IC qua cuộn WKTf ngược hướng với dịng IKT cuộn kích từ WKT Hình 11.12 : Đặc tính correctơ Correctơ nối gọi correctơ nghịch Ở máy phát thủy điện công suất lớn, người ta dùng correctơ hệ thống (hình 11.13a) bao gồm correctơ hệ thống Một hệ thống correctơ thuận đưa dòng vào cuộn WKTf1 thuận chiều với dòng cuộn WKT Hệ thống thứ correctơ nghịch đưa dòng vào cuộn WKTf2 theo hướng ngược lại Đặc tính correctơ hệ thống (hình 11.13b) lựa chọn để UF giảm correctơ thuận làm việc, cịn UF tăng correctơ nghịch làm việc Hình 11.13 : Sơ đồ nguyên lí correctơ hệ thống CP : thiết bị compun TNĐ : tự ngẫu đặt a) Sơ đồ nối b) Đặc tính correctơ II.4 Compun pha: Phần tử compun pha máy biến áp đặc biệt có từ hóa phụ BTP (hình 11.14) Trên lõi BTP bố trí cuộn sơ cấp (cuộn dòng WI cuộn áp WU), cuộn thứ cấp WT cuộn từ hóa phụ WP 165 Từ thông cuộn WI tỷ lệ IF, cịn cuộn WU tỷ lệ UF Do đó, dòng cuộn WK tỷ lệ với tổng thành phần Dòng chỉnh lưu đưa vào cuộn kích từ máy kích thích Như vậy, compun pha thực việc điều chỉnh kích từ máy phát khơng theo dịng điện, mà cịn theo điện áp góc lệch pha chúng Nhờ đảm bảo hiệu điều chỉnh cao Tuy nhiên compun pha thiết bị tác động theo nhiễu nên giữ khơng đổi điện áp máy phát, cần có hiệu chỉnh phụ Việc hiệu chỉnh điện áp thực nhờ correctơ cung cấp dòng IC cho cuộn từ hóa phụ WP BTP Hình 11.14 : Sơ đồ cấu trúc comun pha III Điều chỉnh phân phối công suất phản kháng máy phát điện làm việc song song: Khi thay đổi kích từ máy phát điện làm việc song song với máy phát khác, cơng suất phản kháng thay đổi theo Vì vấn đề điều chỉnh kích từ máy phát có liên quan chặt chẽ với vấn đề điều chỉnh phân phối công suất phản kháng hệ thống điện lực Điều chỉnh điện áp thực theo đặc tính độc lập đặc tính phụ thuộc (hình 11.15) Dưới ta xét đến số trường hợp sử dụng TĐK để tự động hóa q trình điều chỉnh điện Hình 11.15 : Đặc tính điều chỉnh điện áp - độc lập - phụ thuộc 166 áp cơng suất phản kháng Hình 11.16 : Hai máy phát làm việc song song góp điện áp máy phát a) Sơ đồ b) Đặc tính điều chỉnh Trường hợp máy phát làm việc song song nối chung góp điện áp máy phát: III.1 Giả thiết máy phát có đặc tính điều chỉnh hình 11.16, hai máy phát có chung U’F ứng với I’F1 I’F2 Khi tải tăng UF giảm đến U”F ứng với I”F1 I”F2 Để đảm bảo giữ không đổi phân phối công suất phản kháng máy phát làm việc song song theo tỷ lệ định trước điều kiện cần đủ điểm nối chung máy phát phải có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc ∆I F1 tgα1 K PT1 = = ∆I F tgα K PT KPT : Hệ số phụ thuộc, đặc trưng cho độ dốc đặc tính KPT nhỏ độ dốc đặc tính ∆IF lớn, tức cơng suất phản kháng phân phối tỷ lệ nghịch với KPT Trường hợp hai máy phát làm việc song song nối chung qua máy biến áp: III.2 Nếu máy phát làm việc song song nối chung qua máy biến áp (hình 11.17) đặc tính điều chỉnh chúng độc lập, tỷ lệ phân phối công suất phản kháng chúng ổn định điểm nối chung đặc tính điều chỉnh chúng phụ thuộc UF1 = UF2 = số UTG = UF1 - IF1.XB1 = UF2 - IF2.XB2 ≠ số 167 Khi công suất phản kháng thay đổi, tức IF∑ tương ứng IF1 IF2 thay đổi UTG thay đổi, cần điểm nối chung máy phát có đặc tính phụ thuộc phân bố cơng suất phản kháng chúng ổn định Hình 11.17 : Hai máy phát làm việc song song nối chung qua máy biến áp IV Điều chỉnh điện áp mạng phân phối: Điện áp góp hạ áp trạm (hình 11.18) là: ⎛ Pr + Qx ⎞ UB = ⎜ UF − ⎟ U 'B ⎠ k ⎝ đó: UF : điện áp góp đầu cực máy phát U’B : điện áp góp cao áp trạm r , x : tổng điện trở tác dụng, phản kháng đường dây máy biến áp k : tỷ số biến đổi máy biến áp Từ biểu thức kết luận rằng, việc điều chỉnh điện áp UB cung cấp cho hộ tiêu thụ thực cách: - thay đổi UF (nhờ sử dụng TĐK) - thay đổi tỷ số biến đổi k máy biến áp - thay đổi công suất phản kháng Q truyền đường dây cách điều chỉnh kích từ máy bù hay động đồng bộ, đóng cắt tụ bù trạm    168 Hình 11.18 : Sơ đồ mạng để giải thích nguyên tắc điều chỉnh điện áp * Tự động điều khiển tụ bù trạm: Xét sơ đồ điều chỉnh điện áp tụ bù đặt trạm giảm áp Việc điều khiển tụ thực theo chương trình định trước, ví dụ nhờ đồng hồ điện Trên hình 11.20, tiếp điểm đồng hồ điện ĐH đóng vào thời điểm đặt trước rơle thời gian 1RT tác động đóng tiếp điểm 1RT1, cuộn đóng CĐ có điện, máy cắt đóng lại đưa tụ bù vào làm việc Khi đóng máy cắt tiếp điểm phụ liên động chuyển mạch để mở mạch cuộn dây rơle 1RT đóng mạch cuộn dây rơle 2RT sẵn sàng cho thao tác cắt tụ sau Hình 11.20 : Sơ đồ tự động đóng cắt tụ bù  Đến thời điểm công suất phản kháng tiêu thụ giảm xuống tiếp điểm ĐH lại khép, rơle thời gian 2RT làm việc máy cắt cắt Hai rơle thời gian 1RT 2RT cần có thời gian đóng trễ nhằm mục đích lần đóng tiếp điểm ĐH kèm theo thao tác đóng cắt tụ Khi bảo vệ BV tụ tác động rơle RG có điện, tiếp điểm RG2 đóng lại để tự giữ, tiếp điểm RG3 mở mạch cuộn đóng CĐ máy cắt, tiếp điểm RG1 đóng đưa điện vào cuộn cắt CC máy cắt cắt tụ Nút ấn N để giải trừ tự giữ rơle RG    169 ... khép, rơle thời gian 2RT làm việc máy cắt cắt Hai rơle thời gian 1RT 2RT cần có thời gian đóng trễ nhằm mục đích lần đóng tiếp điểm ĐH kèm theo thao tác đóng cắt tụ Khi bảo vệ BV tụ tác động rơle. .. điện ĐH đóng vào thời điểm đặt trước rơle thời gian 1RT tác động đóng tiếp điểm 1RT1, cuộn đóng CĐ có điện, máy cắt đóng lại đưa tụ bù vào làm việc Khi đóng máy cắt tiếp điểm phụ liên động chuyển... điểm phụ liên động chuyển mạch để mở mạch cuộn dây rơle 1RT đóng mạch cuộn dây rơle 2RT sẵn sàng cho thao tác cắt tụ sau Hình 11.20 : Sơ đồ tự động đóng cắt tụ bù  Đến thời điểm cơng suất phản