Tập bài giảng Bảo vệ rơle và tự động hóa

ản cạnh nhau U sẽ là giá trị tối thiểu có thể thay đổi công suất mà thường được chọn trong khoảng Cơ cấu phân bố phụ tải tác dụng của tổ máy (PBPT) (hình 4.8.b) dung để phân phối tối ưu phụ tải giữa các tổ máy làm việc song song. Nó có cấu tạo gồm một số chiết áp với con chạy được di chuyển bởi một động cơ qua hộp truyền động (hình 4.8.b). Các chiết áp được cung cấp bởi một ổn áp Uc. Có thể nhận được giá trị điện áp bất kỳ trong giới hạn giữa 2 đầu Ai và Bi. Giá trị điện áp UAB trên mỗi chiết áp tỷ lệ với công suất của các tổ máy trong giới hạn hợp lý từ Pmin đến Pmax của chúng. Điện áp trên đầu ra của chiết áp tỷ lệ với góc quay của rô to, mà phụ thuộc vào tần số hoặc công suất tác dụng. Vì con chạy của các chiết áp có liên kết cứng với nhau nên khi phụ tải tăng tất cả các tổ máy làm việc song song đều nhận được một độ tăng phụ tải như nhau. Để có được đặc tính cho trước của độ tăng tương đối phụ tải của tổ máy nào đó, cần phải điều chỉnh điện trở của chiết áp tương ứng sao cho phù hợp với quy luật biến đổi của phụ tải của tổ máy đó. Hình 4-8. Sơ đồ cơ cấu cho trước phụ tải CTP 187 (a) và cơ cấu phân bố phụ tả tác dụng PBPT (b) TBD – Tấm bản dọc; TBN – Tấm bản ngang; TĐ – Hộp truyền động; ĐC – Động cơ; CG – Cổ góp dạng chổi   FP02,001,0  4.2. Tự động điều chỉnh điện áp 4.2.1. Khái quát 1 Đặc điểm tự động điều chỉnh điện áp Khác với tần số, giá trị điện áp tại các điểm khác nhau của hệ thống sẽ có giá trị khác nhau, thêm vào đó, yêu cầu về độ lệch điện áp cho phép đối với các hộ dung điện khác nhau cũng khác nhau. Điều đó làm phức tạp hóa quá trình tự động điều chỉnh điện áp. Để duy trì mức điện áp cần thiết cho các hộ dùng điện có thể thực hiện bằng cách tự động điều chỉnh kích từ, tự động điều áp đưới tải, điều hóa công suất phản kháng Điều chỉnh kích từ được thực hiện ngay tại các nhà máy điện nên thường gọi là điều chỉnh trung tâm, còn các loại điều chỉnh khác được thực hiện tại các trạm biến áp, các trạm phân phối hoặc tại các điểm nút khác nhau của hệ thống điện, gọi là điều chỉnh phân tán. Các sơ đồ tự động điều chỉnh kích từ hiện đại đóng vai trò quan trọng không chỉ để ổn định điện áp mà còn tăng độ ổn định chế độ làm việc song song của các nhà máy điện, cho phép khôi phục nhanh điện áp sau khi loại trừ sự cố ngắn mạch và tăng độ tin cạy, chắc chắn của các rơle bảo vệ. Ngoài ra sơ đồ tự động điều chỉnh kích từ còn cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân bố phụ tải giữa các tổ máy và các nhà máy điện làm việc song song trong hệ thống 2. Các loại so đồ điều tự động chỉnh điện áp Phân biệt 2 nguyên lý làm việc của các sơ đồ tự động điều chỉnh kích từ, loại thứ nhất dự trên cơ sở thay đổi dòng điện kích từ bằng cách đưa vào mạch kích từ một biến trở; Loại thứ 2 dựa trên nguyên lý bổ xung vào dòng điện kích từ một thành phần dòng điện tỷ lệ với sự biến đổi của điện áp hoặc dòng điện của stator. Loại thứ nhất thuộc loại điều chỉnh điện cơ, còn loại thứ 2 thuộc loại điện từ hoặc điện tử. Đại diện của nhóm thứ nhất là điều chỉnh biến trở, điều chỉnh than điện trở, điều chỉnh xung – điện trở. Đại diện của nhóm thứ 2 là cơ cấu điều chỉnh phức hợp. Trong số các cơ cấu điều chỉnh kể trên thì cơ cấu điều chỉnh phức hợp được sử dụng rộng rãi hơn cả, do nó có ưu điểm là không cần bộ phận chuyển động. Tuy nhiên cơ cấu này cũng có một vài nhược điểm là mức độ tăng dòng kích từ thấp, tốc độ điều chỉnh chậm. 3. Phạm vi sử dụng cơ cấu điều chỉnh với đặc tính tĩnh và á tĩnh Như đã biết, nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh kích từ không chỉ là ổn định điện áp trên các đầu cự của máy phát, mà còn phân bố tối ưu công suất phản kháng giữa các tổ máy phát làm việc song song. Việc thực hiện các nhiệm vụ này phụ thuộc một mặt vào các đặc tính của chính các cơ cấu điều chỉnh, mặt khác vào sơ đồ liên hệ 188 tương hỗ giữa các máy phát với nhau. Các cơ cấu điều chỉnh kích từ có thể có đặc tính tĩnh hoặc á tĩnh. Đặc tính tĩnh biểu thị sự biến đổi của điện áp máy phát phụ thuộc vào sự biến đổi của phụ tải, còn với đặc tính á tĩnh, sự biến đổi của điện áp không phụ thuộc vào phụ tải của các tổ máy độc lập. Ơ chế độ làm việc song song của các máy phát khi chúng được trang bị các cơ cấu điều chỉnh á tĩnh, điện áp trên thanh cái chung được giữ ở mức cố định, nhưng dòng kích từ của mỗi tổ máy có thể khác nhau. Khi đó một số tổ máy có thể bị quá tải phản kháng, còn số khác thì lại non tải. Vì vậy, để phân bố tối ưu công suất phản kháng giữa các tổ máy cần phải trang bị cho chúng các cơ cấu điều chỉnh với đặc tính tĩnh. Đối với các tổ máy có cơ cấu điều chỉnh á tĩnh, để có thể phân bố tối ưu công suất phản kháng cần phải có thêm các cơ cấu ổn dòng hoặc bù dòng. Để phân bố hợp lý phụ tải phản kháng giữa các tổ máy phát làm việc song song, các cơ cấu điều chỉnh với đặc tính tĩnh của các tổ máy độc lập phải có mức điều chỉnh và độ nhạy giống nhau (hệ số tĩnh và điện áp không tải giống nhau). Nếu các hệ số tĩnh của các tổ máy khác nhau thì lượng thay đổi của phụ tải sẽ tỷ lệ nghịch với giá trị của hệ số tính. A1 1 2 A2 B2 B1 U Ix2 Ix1 Ix1 U Ix II I Ix2 Hình 4.9. Ảnh hưởng của độ dốc đường đặc tính của bộ điều chỉnh đối với sự phân bố công suất giữa các tổ máy làm việc song song Giả sử có 2 tổ máy làm việc song song với các đặc tính điều chỉnh tương ứng với I và II (hình 4.9) ở chế độ làm việc bình thường các tổ máy có phụ tải phản kháng là Ix1 = Ix2. Các điểm A1, B1 và A2, B2 biểu thị giới hạn thay đổi của điện áp U mà cơ cấu điều chỉnh không thể phản ứng. Cũng chính các điểm này biểu thị giới hạn thay đổi phụ tải phản kháng của trạm điện tăng lên một giá trị 21 xxx III  , điện áp 189 trên thanh cái giảm đi một lượng U còn dòng điện phản kháng trong các máy phát tăng không đều nhau, tức là Ix1  Ix2. Từ hình 4.9 ta có thể dễ dàng nhận thấy ở đường đặc tính dốc khả năng thay đổi của phụ tải nhỏ hơn ở đường đặc tính dốc khả năng thay đổi của phụ tải nhỏ hơn ở đường đặc tính thoải. Đối với các máy phát làm việc song song qua máy biến áp hoặc cuộn kháng điện cần phải dùng các cơ cấu điều chỉnh với đặc tính á tĩnh. Khi sự phân bố phụ tải phản kháng giữa các máy phát thay đổi so với tỷ lệ đã định, điện áp trên các máy phát quá tải sẽ tăng, còn điện áp trên các máy phát giảm tải sẽ giảm. Trong trường hợp này ta nhận được UF1 = UTC + jIx.BA1XBA1 và UF2 = UTC + jIx.BA2XBA2 (4-12) UF là điện áp trên máy phát UTC là điện áp thanh cái IX.BA là dòng điện phản kháng của máy biến áp XBX là điện trở phản kháng của máy biến áp Cơ cấu điều chỉnh kích từ sẽ hướng tới ổn định điện áp trên các cực của máy phát, làm giảm kích từ của máy phát thứ nhất và tăng kích từ của máy phát thứ 2, điều đó dẫn đến sự phân bố hợp lý phụ tải phản kháng giữa chúng. Cần chú ý là sự phân bố phụ tải này chỉ có thể đạt được khi ở mỗi máy phát có cơ cấu điều chỉnh kích từ riêng phản ứng theo sự thay đổi của điện áp trên cự của chính máy phát. Khi các máy phát làm việc song song với hệ công suất lớn, điện áp trên các cực của chúng ít phụ thuộc vào dòng kích từ tương ứng. Trong trường hợp này các máy phát cần phải được trang bị cơ cấu điều chỉnh kích từ với đặc tính tĩnh, vì sự ổn định điện áp trên các cực máy phát có liên quan chặt chẽ với sự thay đổi của phụ tải của bản thân máy phát. 4.2.2. Tự động điều chỉnh kích từ theo nguyên lý ổn dòng và bù dòng Sơ đồ cho phép nhận được đặc tính tĩnh của các cơ cấu điều chỉnh á tĩnh với hệ số tĩnh dương hoặc âm được thể hiện trên hình 4.10. Sơ đồ điều chỉnh kích từ theo nguyên lý ổn dòng (hình 4.10.a) có đường đặc tính biến thiên của điện trên cực máy phát dốc xuống, tức là điện áp giảm theo sự tăng của dòng điện phản kháng. Sơ đồ này cho phép phân bố ổn định công suất phản kháng giữa các tổ máy phát làm việc song song trên cùng một thanh cái. Sơ đồ theo nguyên lý bù dòng (hình 4.10.b) có đường đặc tính điện áp dốc lên, tức là điện áp tăng theo sự tăng của dòng điện phản kháng. Sơ đồ này được áp dụng để ổn định dòng điện điện áp trên thanh cái nhà máy điện khi các máy phát và máy biến áp được kết nối theo khối. Cả hai sơ đồ được trang bị cơ cấu điều chỉnh kích từ với đặc tính tĩnh có mức tĩnh thiếu. 190 Hình 4.10. Sơ đồ tự động điều chỉnh kích từtheo nguyên lý ổn dòng (a) và bù dòng (b) Điện áp trên cơ cấu đo của bộ điều chỉnh Udc khác với điện trên cực máy phát (quy về phía thứ cấp của BU) một giá trị bằng độ rơi điện áp trên điện trở phụ rf bởi dòng điện thứ cấp I2 của máy biến dòng BI, tỷ lệ với dòng phụ tải của máy phát. Giá trị của Udc được xác định theo biểu thức fUfdc rIrIUU .. .222  (4-13) U2 là điện áp thứ cấp của máy biến áp đo lường BU I2 là dòng điện thứ cấp của biến dòng BI I2.U là dòng điện chạy trong mạch thứ cấp BU rf là giá trị điện trở phụ Vì giá trị của dòng I2.U của mạch áp rất nhỏ so với dòng I2 của BI nên có thể bỏ qua thành phần điện áp rơi (I2.U.rf  0), lúc đó: Udc = U2  I2..rf (4-14) Do véc tơ điện áp thứ cấp U2 trùng với véc tơ độ rơi điện áp do thành phần phản kháng của dòng điện thứ cấp I2 của pha A trên điện trở phụ rf nên có thể biểu thức (4- 15) dưới dạng i fFX u F dc n rI n U U .. (4-15) 191 IX.F là thành phần phản kháng của dòng điện trong cuộn dây máy phát UF là điện áp dây trên cực máy phát nu, ni là hệ số biến áp và hệ số biến dòng Trên cơ sở biểu thức (4-15) có thể nhận được đặc tính phụ thuộc giữa điện áp trên cực máy phát và dòng điện phản kháng của phụ tải: - Đối với sơ đồ ổn dòng (hình 4.10.a) fFXFF rIUU .. ' .0 ;'  (4-16) - Đối với sơ đồ ổn dòng (hình 4.10b) fFXFF rIUU .. ' .0 ;'  (4-17) Từ đó tương ứng ta có: - Đối với sơ đồ ổn dòng f FF FX r UU I ' .0 ' . '  (4-18) Đối với sơ đồ bù dòng f FF FX r UU I ' .0 ' . '  (4-19) FXI . ' là thành phần phản kháng của dòng điện máy phát quy về phía thứ cấp của máy biến dòng FU .0 ' và FU ' là điện áp máy phát khi không tải, tức khi FXI .' =0 và khi có phụ tải FXI . ' Sơ đồ bù dòng cho phép tăng điện áp trên thanh cái của nhà máy điện khi phụ tải phản kháng tăng và cũng có thể áp dụng để ổn định điện áp của các hộ dùng điện mắc trực tiếp từ thanh cái điện phương áp máy phát. 4.2.3. Tự động điều chỉnh kích từ máy phát Cơ cấu phức hợp có bộ phận cơ cho phép điều chỉnh theo dòng điện phụ tải, nó làm việc theo nguyên lý bổ xung một lực từ hóa bởi dòng điện chỉnh lưu lấy từ mạch thứ cấp của máy biến dòng, đặt trên mạch của các cuộn dây stator máy p.hát Sơ đồ đơn giản của cơ cấu điều chỉnh phức hợp được thể hiện trên hình 4.11. Cấu tạo của nó gồm máy biến dòng lắp trong mạch của cuộn dây stator và nhóm chỉnh lưu lớn hơn một chút so với điện áp của kích từ. Giá trị tối thiểu của dòng điện trong mạch stator mà tạo ra được điện áp như vậy gọi là ngưỡng phức hợp Imin hay ngưỡng nhạy của cơ cấu phức hợp (hình 4.11.b). Trước ngưỡng này điện áp của máy phát sẽ giảm đi dòng điện phụ tải tăng, còn sau ngưỡng, điện áp máy phát sẽ tăng cùng với sự tăng của dòng điện phụ tải phụ thuộc vào hệ số công suất cos . 192 * Ưu điểm của cơ cấu phức hợp Cơ cấu phức hợp là thiết bị đơn giản, làm việc hoàn toàn tự động, chắc chắn, tin cậy và hầu như không cần đến sự chăm sóc. Sơ đồ phức hợp điều chỉnh kích từ cho phép: - Cải thiện đường đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ, vì khi phụ tải tăng cơ cấu phức hợp sẽ làm tăng dòng điện kích từ - Tăng cường kích từ khi mở máy các động cơ có công suất lớn, do đó sẽ giảm nhẹ điều kiện mở máy và ngăn không cho điện áp giảm nhiều * Nhược điểm của cơ cấu phức hợp Tuy có những ưu điểm rất quý giá nhưng sơ đồ phức hợp cũng có một số nhược điểm là: - Không thể đảm bảo ổn định điện áp khi có ngăn mạch xa hoặc khi điện áp của máy phát giảm quá %1510 giá trị định mức, vì ở sơ đồ này sẽ tăng cường kích từ phụ thuộc vào giá trị của dòng điện trong cuộn dây stator. Khi có ngắn mạch xa giá trị của dòng điện không đủ đảm bảo sự gia tăng đến ngưỡng kích từ. Hình 4.11. Sơ đồ cơ cấu điều chỉnh phức hợp compaun (a); và đường đặc tuyến ngoài của máy phát ứng với hệ số cosφ khác nhau (b) - Không thể đảm bảo ổn định điện áp và khi phụ tải thay đổi quá nhiều, đặc biệt là độ ổn định của điện áp phụ thuộc nhiều vào hệ số cos . Với cùng một giá trị dòng điện trong mạch stator nhưng khi hệ số cos khác nhau, điện áp trên cực máy phát sẽ khác nhau (hình 4.11b). Sở dĩ như vậy là vì dòng điện bù kích từ tỷ lệ với dòng điện toàn phần trong mạch stator chứ không phải là thành phần phản kháng. Trên hình 4.12. Biểu thị biểu đồ véc tơ điện áp và dòng điện của máy phát phụ thuộc vào hệ số công suất cos . Từ biểu đồ hình 4.12 dễ dàng nhận thấy khi công suất điện EF có giá trị không đổi, với cùng một dòng điện stator máy phát IF nhưng với các giá trị hệ số cos khác nhau thì giá trị điện áp UF sẽ khác nhau (U1 > U2 > U3) 193 EF = const EF = const IF.Xat EF = const IF.Ist IF.ra1 U 1 U 1 U2 U1IF U3 2 1 23 i Hình 4.12. Biểu đồ véc tơ điện áp và dòng điện máy phát với sđđ EF = const khi hệ số cos có giá trị khác nhau 4.2.4. Điều chỉnh điện áp bằng cơ cấu phức hợp Để khắc phục các nhược điểm của sơ đồ phức hợp đơn giản, người ta sử dụng sơ đồ phức hợp có bổ xung thêm cơ cấu hiệu chỉnh điện áp (corrector). Sơ đồ được thể hiện trên hình 4.13. Bộ phận chính của cơ cấu là máy biến dòng phức hợp từ hóa (BIF). Máy này có 2 cuộn dây sơ cấp: cuộn thứ nhất gọi là cuộn dòng (CI), mắc nối tiếp trong mạch cuộn dây stator của máy phát, cuộn thứ 2 gọi là cuộn áp (CU), được mắc song song trong mạch, cuộn dây này được cung cấp bởi điện áp dây của máy phát qua cuộn cản có khe hở không khí L. Cuộn dòng CI có thể mắc vào một, hai hoặc cả ba pha của máy phát, phụ thuộc vào đặc tính điều chỉnh cần có Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu phức hợp có hiệu chỉnh điện áp (correctơ) 194 BIF-máy biến dòng pha phức hợp từ hóa; CI-cuộn dòng; CU-cuộn áp; CL-bộ chỉnh lưu xelen; KĐT-Bộ khuếch đại từ; ĐTH-bộ đo tín hiệu; CĐK-cuộn dây điều khiển của KĐT; CDN-cuộn dây phản hồi ngoài của KĐT; CDT-cuộn dây phản hồi trong của KĐT; CDC-cuộn dây phản hồi của bộ điều chỉnh; CTH-cuộn từ hóa; CTT- cuộn dây của phần tử tuyến tính; CFT-cuộn dây của phần tử phi tuyến; MCH-mạch cộng hưởng Suất điện động trong cuộn thứ cấp của BIF sẽ bằng tổng véc tơ của 2 suất điện động: Một tỷ lệ với dòng điện, còn thành phần kia tỷ lệ với điện áp máy phát. Dòng điện ra từ BIF được là bằng bởi chính lưu selen CL1 và được đưa đến cuộn kích từ KT của máy phát. Sự từ hóa BIF được thực hiện bởi dòng điện đi từ bộ khuếch đại từ KĐT qua chỉnh lưu CL2 và cuộn từ hóa CTH. Về phần mình KĐT được điều khiển bởi bộ đo tín hiệu 3 pha ĐTH. Hai cơ cấu này hợp thành bộ hiệu chỉnh điện áp. Sơ đồ nối cuộn song song CU và BIF được chọn sao cho dòng điện trong mạch thứ cấp của nó tăng khi hệ số công suất của phụ tải máy phát giảm. Bộ đồ véc tơ dòng và áp của cơ cấu phức hợp 3 pha được thể hiện trên hình 4.14. Nếu phụ tải thuần tác dụng thì véc tơ dòng điện của stator máy phát IF hoàn toàn trùng với véc tơ của điện áp cùng tên (hình 14.6a). Dòng điện tổng hợp ở đầu ra của bộ BIF tỷ lệ với tổng véc tơ các dòng sơ cấp niIF và nUIU. (ni và nU là hệ số biến đổi của cuộn dòng và cuộn áp của BIF, IU là dòng điện trong cuộn áp). Nếu phụ tải thuần cảm kháng thì dòng điện tổng sẽ là tổng đại số. Như vậy cơ cấu phức hợp sẽ trung hòa ảnh hưởng của hệ số cos của phụ tải. IF UF UF ni.IF I cos  1 nU.IU UF IF UF ni.IF nU.IU I a) b) Hình 4.14 Biểu đồ véc tơ dòng và áp của máy biến dòng phức hợp pha khi phụ tải thuần tác dụng và khi phụ tải thuần cảm kháng Cơ cấu đo của bộ hiệu chỉnh được thực hiện dưới dạng máy biến áp bão hòa 3 pha với 2 cuộn dây thứ cấp: Cuộn của phần tử tuyến tính và của phần tử phi tuyến cung cấp cho các chỉnh lưu CL3 và CL4. Cuộn dây của phần tử tuyến tính là cuộn thứ cấp của máy biến áp có đọ từ tản cao, bởi vậy dòng điện ở đầu ra của chỉnh lưu CL3 tỷ lệ thuận với điện áp máy phát UF. Dòng điện sóng hài bậc 3 chạy qua cuộn dây của 195 phần tử phi tuyến mắc theo hình tam giác hở có giá trị nhỏ khi điện áp thấp và tăng nhanh cùng với sự bão hòa mạch từ của máy biến áp khi điện áp tăng. Các dòng điện sau khi qua các chỉnh lưu CL3 và CL4 sẽ đến khuếch đại từ KĐT. Sức từ động tổng hợp của 2 cuộn dây KĐT bằng hiệu sức từ động của cuộn tuyến tính và cuộn phi tuyến của bộ đo tín hiệu, vì các cuộn dây này được mắc ngược chiều nhau, tức là: pttt IwIwIw  Ở chế độ bình thường, sức từ động tuyến tính bằng sức từ động phi tuyến Iwtt =Iwpt, nhưng khi điện áp của máy phát lệch khỏi giá trị cho trước thì sự cân bằng về sức từ động bị phá vỡ. Xuất hiện một sức từ động phụ trong mạch từ của KĐT dẫn đến dòng điện ở đầu ra của bộ điều chỉnh phức hợp giảm hoặc tăng, giữ cho điện áp phát ổn định. Trên hình 4.15 biểu thị đặc tính của hiệu chỉnh điện áp điện từ. Khi điện áp máy phát tăng, dòng điện trong cuộn phi tuyến CFT tăng nhanh hơn so vơi dòng điện trong cuộn tuyến tính CTT, do đó sức từ động tổng  Iw tăng. Sức từ động này có hướng trùng với hướng của sức từ động sinh ra bởi ecác cuộn dây phản hồi ngoài CDN và cuộn dây phản hồi trong CDT của khuếch đại từ KĐT. Do đó dòng điện trên đầu ra cảu khuếch đại từ KĐT tăng rất nhiều, dẫn đến mức độ từ hóa cảu BIF tăng. Ngược lại khi điện áp giảm, sức từ động tổng  Iw sẽ có dấu khác và sẽ làm giảm sức từ động điều khiển của KĐT, làm cho mức độ từ hóa của BIF giảm. Mức từ hóa giảm sẽ cải thiện sự liên hệ của biến áp giữ cho các cuộn dây của BIF. Như vậy khi điện áp thay đổi sẽ làm thay đổi mức từ hóa của BIF, làm cho dòng điện điều hòa trên đầu ra của bộ điều chỉnh thay đổi tương ứng để giữ cho điện áp ở mức xác định I.w I.wFT I.wTT I.W a) b) Ira/Ira.n UF/UFn Hình 4.15. Đặc tính điều chỉnh điện áp của bộ hiệu chỉnh điện từ a) Đặc tính suất từ động phụ thuộc vào điện áp máy phát b) Sự phụ thuộc của dòng điện ở đầu ra của bộ điều chỉnh vào điện áp máy phát và hệ số cos ;1-khi không tải; 2-khi cos =1; và 3-khi cos = 0; Ira.n và UnF - dòng điện ra và điện áp của máy phát ở chế độ định mức. 196 Ở chế độ không tải hoặc khi dòng điện phụ tải nhỏ, dòng điện chỉ có ở cuộn áp của BIF. Suất từ động của cuộn dây này được chọn sao cho có thể điều chỉnh điện áp máy phát khi không tải. Khi điện áp tụt nhanh, hoặc khi có ngắn mạch, dòng từ hóa của BIF giảm xuống đến gần 0, làm cải thiện chế độ liên hệ biến áp của các cuộn dây BIF, đồng thời do suất từ động của các cuộn dây tăng, dòng điện kích từ của máy phát tăng đến ngưỡng gia tăng kích từ. Sự thay đổi điện áp ổn định được thực hiện bởi điện trở rdc mắc song trong mạch của cuộn điều khiển KĐT điện trở này cho phép điều chỉnh trong giới hạn %5,7 Để chỉnh định mức hiệu chỉnh, trong KĐT có bố trí các cuộn dây phản hồi ngược đối với dòng điện ra của KĐT(CDN, CDT) và đối với dòng điện ra của bộ điều chỉnh (CDC). Độ cong của các đặc tính điều chỉnh (hệ số tĩnh kc) được thiết lập bằng cách chọn quan hệ phụ thuộc của sức từ động của phản hồi CDC và dòng điện ra của bộ điều chỉnh. Sự thay đổi cực tính của phản hồi ngược sẽ làm dẫn đến sự thay đổi dấu của hệ số tĩnh (thy đổi chiều uốn của đường đặc tính). Hệ số này có thể điều chỉnh được trong giới hạn %6 . Sự phản hồi ngược cho phép nâng cao đọ chính xác và ổn định của điều chỉnh điện áp. Ở chế làm việc độc lập, điện áp của máy phát phụ thuộc rất nhiều vào tần số, vì khi tần số thay đổi sẽ dẫn đến điện trở cảm kháng của cuộn dây phản hồi ngoài (CDN) của KĐT thay đổi, do đó dòng điện từ hóa của KĐT sẽ thay đổi tỷ lệ nghịch với tần số. Ví dụ khi tần số tăng, điện trở X của cuộn dây CDN cũng sẽ tăng làm cho dòng điện từ hóa KĐT giảm, còn dòng điện trên đầu ra của bộ điều chỉnh sẽ tăng, dẫn đến làm tăng điện áp máy phát. Để loại trừ sự ảnh hưởng của tần số đối với điện áp máy phát, người ta đưa thêm vào sơ đồ một mạch cộng hưởng MCH mắc trong phần tử phi tuyến của bộ đo tín hiệu ĐTH. Tần số cộng hưởng được chỉnh định ở mức 180Hz giữ cho điện áp với độ chính xác đến %1 khi tần số thay đổi trong phạm vi %4 O f3fF 180 IFT Hình 4.16. Đặc tính tần của bộ điều chỉnh phi tuyến bộ điều chỉnh điện áp Trên hình 4.16. Biểu thị sự phụ thuộc của dòng điện trong phần tử phi tuyến của bộ đo tín hiệu và sự thay đổi của tần số. Ở tần số 180Hz điện trở cảm kháng của mạch 197 cộng hưởng bù toàn bộ điện trở dung kháng, nên dòng điện chạy qua mạch cộng hưởng có giá trị cực đại. Ở chế độ tần số bình thường sức từ hóa của cuộn điều khiển phần tử phi tuyến ứng với sức từ hóa của cuộn điều khiển phần tử phi tuyến (ứng với điểm có tần số bằng 150 Hz trên đường đặc tính hình (4.16) bằng sức từ hóa của phần tử tuyến tính. Khi tần số lệch khỏi giá trị định mức, không chỉ làm thay đổ cả sức từ hóa của cuộn dây điều khiển của bộ điều chỉnh cũng thay đổi làm ổn định điện áp máy phát. Ví dụ khi tần số tăng dòng điện đầu ra của phần tử phi tuyến tăng, do đó bộ điều chỉnh tác động làm giảm dòng điện kích từ 4.2.5.Tự động điều áp dưới tải Hình 4.17. Sơ đồ nguyên lý hoạt động tự động điều chỉnh điện áp dưới tải của máy biến áp KĐK-khóa điều khiển; K-khởi động từ; KLĐ-khóa liên động; RV-rơle tốc độ; KKT-khóa kiểm tra; HTM-tiếp điểm hành trình của máy cắt; CTG-cuộn dây tự giữ; ĐKX-khóa điều khiển từ xa 198 Ở các trạm biến áp để điều chỉnh điện áp người ta sử dụng cơ cấu tự động điều áp dưới tải, mà một trong các sơ đồ nguyên lý của nó thể hiện trên hình 4.17. Để đưa sơ đồ vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, khóa điều khiển 1KĐK được mở ở vị trí “Tự động”, lúc đó rơle điện áp RU được mắc vào điện áp kiểm tra. Nếu điện áp này bằng điện áp đặt của rơle thì RU sẽ tác động, mở tiếp điểm thường đóng RU 1-9. Khi điện áp thấp thì tiếp điểm 1-9 sẽ đóng, còn khi điện cao thì tiếp điểm 9-1 đóng. Giả dụ khi điện áp giảm, rơle RU đóng tiếp điểm 1-9 và rơle điện áp cực tiểu đóng tiếp điểm RU<, cuộn dây rơle trung gian RG được cấp nguồn, rơle này tác động đưa nguồn đến cho rơle thời giản Rt, rơle này tác dụng đóng tiếp điểm sau một khoảng thời gain trễ đưa điện đế cho cuộn dây của khởi động từ 1K, khởi động từ 1K đóng tiếp điểm của mình qua tiếp điểm của khóa kiểm tra KKT để tự duy trì, đồng thời các tiếp điểm 1K ở mạch động lực của khóa kiểm tra KKT để tự duy trì, đồng thời đóng các tiếp điểm 1K ở mạch động lực của động cơ vào qua các pha A, B, C động cơ hoạt động làm cho trống quay của bộ khóa kiểm tra KKT và cơ cấu chuyển mạch về phía giảm hệ số biến áp, tức là về phía tăng điện áp cho các hộ dùng điện (trên hình 4.17 ngược chiều kim đồng hồ). Cứ mỗi nấc chuyển trống quay kiểm tra KKT lại thực hiện đúng một vòng và cắt mạch khởi động từ bằng tiếp điểm 5-4 của mình. Nếu điện áp đã được phục hồi thì tiếp điểm 1-9 sẽ mở ra, động cơ được cắt và đươc hãm với sự trợ giúp của rơle kiểm tra tốc độ RV Quá trình hãm diễn ra như sau: Ở thời điểm ban đầu khi khởi động động cơ, tiếp điểm của rơle kiểm tra vận tốc nằm trong mạch cấp nguồn cho khởi động từ 2K được đóng lại, sau đó ngay khi khởi động từ 1K cắt mạch, thì khởi động từ 2K lập tức tác động tạo nên sự quay ngược làm hãm động cơ. Khi điện áp tăng các tiếp điểm RU 9- 1 đóng lại, lúc đó khởi động từ 2K được đóng vào mạch làm cho động cơ quay theo chiều ngược lại. Để các tiếp điểm của rơle điện áp RU đóng tin cậy,người ta mắc cuộn dây tự giữ CRT vào các mạch tương ứng. Các cụm tiếp điểm 3ĐKX và 4ĐKX được sử dụng để điều khiển từ xa. Khi điều khiển bằng tay thì bộ khóa liên động KLĐ ở động cơ mở ra để đảm bảo an toàn Sơ đồ nối các cơ cấu đo và sơ đồ cơ cấu thừa hành tự động điều chỉnh điện áp dưới tải được nối thể hiện trên hình 4.18. Để quá trình chuyển nấc không làm hở mạch điện sơ cấp, bộ chuyển mạch được chế tạo với 2 chổi quét và cuộn kháng điện KĐ để hạn chế dòng điện chạy qua mạch. Quá trình chuyển nấc được thực hiện như sau: Đầu tiên chổi quét thứ nhất được chuyển sang nấc bên cạnh, nối tắt các vòng dây qua cuộn kháng điện KĐ, sau đó chổi quét thứ hai cũng được chuyển sang vị trí mới. Nếu điện áp khôi phục được giá trị đã định thì quá trình chuyển nấc sẽ kết thúc, trong trường hợp ngược lại thì các chổi quét sẽ tiếp tục lặp lại các chuyển động sang nấc tiếp theo. Khi các chổi quét đã đạt đến vị trí của nấc cuối cùng thì tiếp điểm cuối hành 199 trình của máy cắt HTM sẽ được mở ra và động cơ sẽ bị dừng lại. Trong sơ đồ điều khiển truyền động người ta bố trí một rơle thời gian Rt với mục đích ngăn chạn không cho bộ chuyển mạch tác động khi có sự dao động điện áp tức thời. Thời gian trễ được đặt trong khoảng thừ chục giây đến vài phút. Trong sơ đồ cũng có bố trí khóa điện áp cực tiểu RU< để ngắt mạch khi điện áp giảm quá lớn, đến mức không thể điều chỉnh được Hình 4-18. Sơ đồ nối các cơ cấu đo (a) và sơ đồ cơ cấu thừa hành tự động điều chỉnh điện áp dưới tải (b) KĐ-cuộn kháng điện 4.2.6. Tự động điều chỉnh điện áp bằng phương pháp điều chỉnh dung lượng tụ bù 1. Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo điện áp Hình 4.19. Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo tín hiệu điên áp; a) Sơ đồ mắc tụ bù; b) Sơ đồ khai triển mạch điều khiển 200 Bộ phận nhận tín hiệu điều chỉnh gồm 2 rơ le điện áp 1RU và 2RU, rơle 1RU cho biết điện áp thấp cần đóng thêm số lượng tụ, còn rơle 2RU cho biết điện áp quá cao, cần phải cắt bớt tụ. Để tránh tác động nhầm khi có sự dao động điện áp, một rơle thời gian 1Rt được bố trí cho phép trì hoãn tác động đến 2 phút. Nguyên lý tác động: Khi điện áp tụt quá mức cho phép, rơle 1RU tác động khép tiếp điểm cấp nguồn cho rơle thời gian 1Rt, sau một khoảng thời gian trễ rơle này khép tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn đóng KĐ đưa một số tụ điện vào làm việc. Khi điện quá cao rơ le 2RU sẽ tác động cấp nguồn cho rơle thời gian 2Rt, rơle này sẽ khép tiếp điểm sau một khoảng thời gian trễ để cấp nguồn cho cuộn cắt KC, loại bớt một số tụ ra khỏi mạng điện. Như vậy dung lượng công suất phản kháng luôn luôn được điều chỉnh theo sự thay đổi của điện áp trong mạng, giữ cho điện áp luôn luôn ổn định ở mức độ cho phép 2. Tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo dòng điện Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo dòng điện được thể hiện trên hình 4.20, các rơle 1RI hoặc 3RI sẽ tác động đóng tụ khi phụ tải vượt quá ngưỡng khởi động, còn các rơle 2RI hoặc 4RI sẽ tác động ngắt bớt tụ khi phụ tải giảm. Giả sử phụ tải tăng quá ngưỡng khởi động của rơle dòng 3RI, rơle này sẽ tác động đóng tiếp điểm 3RI để cấp nguồn cho rơle trung gian 4RG, rơle này sẽ khép tiếp điểm của mình ở mạng cấp điện cho Khi phụ tải tiếp tục tăng quá ngưỡng khởi động của rơle 1RI, rơle này sẽ tác động đóng tiếp điểm của mình ở mạch 11-8 cấp điện cho rơle trung gian 2RG, rơle này khi tác động sẽ đóng tiếp điểm ở mạch 17-12 cấp điện cho rơle thời gian 2Rt. Sau một khoảng thời gian trễ rơle 2Rt khép tiếp điểm ở mạch 1-4 đưa tín hiệu đi đóng máy cắt 1MC bộ tụ KB1 vào làm việc Khi phụ tải giảm quá ngưỡng khởi động của rơle dòng 2RI, rơle này sẽ khởi động đóng tiếp điểm của mình ở mạch 13-8, do lúc này máy cắt 1MC đang đóng nên tiếp điểm liên động của nó ở mạch này cũng đóng, nguồn sẽ được cung cấp đến rơle trung gian 2RG, rơle này đóng tiếp điểm của mình ở mạch 17-12 cấp điện cho rơle thời gian 2Rt, sau một khoảng thời gian trễ rơle 2Rt sẽ đóng tiếp điểm của mình ở mạch 1-4 để cấp điện cho cuộn cắt KC cắt máy cắt 1MC để loại bộ tụ 1KB ra khỏi mạng điện. Tương tự đối với bộ tụ 2KB, khi phụ tải giảm quá ngưỡng khởi động của rơle 4RI thì rơle này tác động đóng tiếp điểm của mình ở mạch 33-28, do lúc này tiếp điểm 2MC đóng nên nguồn được cung cấp cho rơle thời gian 4Rt, sau một khoảng thời gian trễ rơle 4Rt sẽ đóng tiếp điểm của mình ở mạch 21-24 để cấp điện cho cuộn cắt 2KC cắt điện máy cắt 2MC để loại bộ tụ 2KB ra khỏi mạng điện 201 CD 1MC 1BI CD 2MC 2BI 2KB1KB a) 1K 1RG 1MC 1KĐ 1Rt 2Rt 2K 1MC 1KC 1RG 1BV 3K 1RG 1RG 1RI 2RI 2RG 1MC 1MC 1MC 2RG 1Rt 2Rt 1 3 5 7 9 11 13 15 17 2 4 6 8 10 12 4K 3RG 2MC 2KĐ 3Rt 4Rt 5K 2MC 2KC 3RG 2BV 3K 4RG 3RG 1RI 4RI 4RG 2MC 2MC 2MC 2RG 3Rt 4Rt 21 23 25 27 29 31 33 35 37 22 24 26 28 30 32 1RG 3RG b) c) Hình 4.20. Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo tín hiệu dòng điện; a) Sơ đồ mắc tụ bù; b) Sơ đồ khai triển mạch điều khiển 3. Tự động điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên lý thời gian Sơ đồ tự động điều khiển dung lượng tụ bù theo nguyên lý thời gian được thể hiện trên hình 4-21. Thời gian đặt của chương trình đóng ngắt được bố trí dựa trên đồ thị phụ tải. Để thời điểm đã định tiếp điểm của đồng hồ ĐH được đóng lại cấp nguồn cho rơle thời gian 1Rt, sau một khoảng thời gian trễ rơle này khép tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn đóng KĐ đưa một số tụ điện vào làm viêc. Nếu tụ đang làm việc mà thời gian cắt đã đến thì tiếp điểm đồng hồ ĐH sẽ đóng lại cấp nguồn cho rơle thời gian 2Rt, rơle này sẽ đóng tiếp điểm sau một khoảng thời gian trễ để cấp nguồn cho cuộn cắt KC, loại bớt một số tụ ra khỏi mạng điện. Như vậy dung lượng công suất phản kháng luôn luôn được điều chỉnh theo sự trình tự thời gian đã xác định. Thường 202 thì người ta kết hẹp các nguyên lý hoạt động khác nhau của sơ đồ điều khiển dung lượng tụ bù như nguyên lý dòng, áp và thời gian Đ RI MC KĐ 1Rt 2Rt C MC KC RI BV K RU RI ĐH MC MC 1Rt 2Rt ĐH RI b)a) Hình 4-21. Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo thời gian; a) Sơ đồ mắc thiết bị; b) Sơ đồ khai triển mạch điều khiển 4. Tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo hướng công suất phản kháng Hình 4.22. Sơ đồ tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù theo tín hiệu dòng điện; 203 a) Sơ đồ mắc thiết bị; b) Sơ đồ khai triển mạch điều khiển Sơ đồ tự động điều khiển dung lượng tụ bù theo hướng dòng công suất phản kháng được thể hiện trên hình 4-22. Khi hướng công suất phản kháng đi từ thanh cái hệ thống về trạm thì rơle công suất 1RG, rơle này khi tác động sẽ đóng tiếp điểm ở mạch 10-15 cấp điện cho rơle thời gian 1Rt sau một khoảng thời gian trễ rơle 1Rt đóng tiếp điểm ở mạch 1-2 đưa tín hiệu đi đóng máy cắt MC đưa bộ tụ KB vào làm việc Khi hướng dòng công suất phản kháng đi từ thanh cái trạm biến áp vào hệ thống thì rơle 2RW sẽ tác động, đóng tiếp điểm của mình ở mạch 13-8, do lúc này máy cắt MC đang đóng nên tiếp điểm liên động của nó ơ mạch này cũng đóng, nguồn sẽ được cung cấp đến rơle trung gian 2RG, rơle này đóng tiếp điểm của mình ở mạch 17-12 cấp điện cho rơle thời gian 2Rt, sau một khoảng thời gian trễ rơle 2Rt sẽ đóng tiếp điểm của mình ở mạch 1-4 để cấp điện cho cuộn cắt KC cắt máy cắt 1MC để loại bộ tụ KB ra khỏi mạng điện 5. Tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù bằng thyristor P N P N G K A N P N N P P N P K G A a) b) UV Uđk Ur UV Uđk Ur c) Hình 4.23. Sơ đồ nguyên lý của thyristor Hiện nay trong sản xuất đã có nhiều loại thiết bị bù công suất phản kháng được điều khiển bởi thyristor SVC (Stastic Var Compensator). Khác với chỉnh lưu thông thường, thyristor cho dòng điện đi qua ở trạng thái mở, ngoài điều kiện điện áp thuận chiều còn cần có điện áp điều khiển. Có thể coi thyristor như là một bộ ghép nối một 204 transistor NPN và một transistor PNP (hình 4.23.a). Khi cực G được đặt một xung điện áp dương hơn cực K, mạch sẽ thông và dòng điện sẽ chạy từ Anod sang Katod, dòng điện này được duy trì cả khi tín hiệu đặt vào cực G bị ngắt. Nếu ghép 2 thyristor ngược chiều nhau (hình 4.23.b) thì có thể khống chế được trị số hiệu dụng của dòng điện đi qua một cách liên tục nhờ thay đổi góc mở  . Sơ đồ nguyên lý thyristor được thể hiện trên hình 4.23.c. Khi 0 thì mạch mở và dòng điện đạt giá trị cực đại, khi O180 thì mạch bị đóng dòng điện I = 0. Như vậy nhờ việc điều chỉnh góc  có thể đóng mở van của thyristor mà không cần dùng đến máy cắt. Thiết bị SVC tác động hầu như tức thời, phản ứng rất nhạy đối với sự thay đổi của điện áp 4.3. Tự động đóng trở lại nguồn điện 4.3.1. Ý nghĩa của tự động đóng trở lại nguồn điện Kinh nghiệm vận hành cho thấy, đa số ngắn mạch xảy ra trên đường dây truyền tải điện năng đều có thể tự tiêu tan nếu cắt nhanh đường dây bằng các thiết bị bảo vệ rơle. Cắt nhanh đường dây làm cho hồ quang sinh ra ở chỗ ngắn mạch bị tắt và không có khả năng gây nên những hư hỏng nghiêm trọng cản trở việc đóng trở lại đường dây. Hư hỏng tự tiêu tan như vậy được gọi là thoáng qua. Đóng trở lại một đường dây có hư hỏng thoáng qua thường là thành công. Những hư hỏng trên đường dây như đứt dây dẫn, vỡ sứ, ngã trụ .... không thể tự tiêu tan, vì vậy chúng được gọi là hư hỏng tồn tại. Khi đóng trở lại đường dây có xảy ra ngắn mạch tồn tại thì đường dây lại bị cắt ra một lần nữa, việc đóng trở lại như vậy là không thành công. Để giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, thao tác đóng trở lại đường dây cần được thực hiện một cách tự động nhờ các thiết bị Tự ĐộNG ĐÓNG TRở Lại (TĐL). Thiết bị TĐL cũng có thể tác động cả khi máy cắt bị cắt ra do thao tác nhầm của nhân viên vận hành hoặc do thiết bị bảo vệ rơle làm việc không đúng. Áp dụng TĐL có hiệu quả nhất là ở những đường dây có nguồn cung cấp một phía, vì trong trường hợp này TĐL thành công sẽ khôi phục nguồn cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Ở mạng vòng, cắt một đường dây không làm ngừng cung cấp điện, tuy nhiên áp dụng TĐL là hợp lí vì làm tăng nhanh việc loại trừ chế độ không bình thường và khôi phục sơ đồ mạng đảm bảo vận hành kinh tế và tin cậy. Khả năng TĐL thành công ở những đường dây trên không vào khoảng 70÷90%. 4.3.2. Phân loại thiết bị tự động đóng trở lại nguồn điện Trong thực tế người ta có thể áp dụng những loại TĐL sau: TĐL 3 pha, thực hiện đóng cả 3 pha của máy cắt sau khi nó bị cắt ra bởi bảo vệ rơle. TĐL 1 pha, thực hiện đóng máy cắt 1 pha sau khi nó bị cắt ra bởi bảo vệ chống ngắn mạch một pha. 205 TĐL hỗn hợp, đóng 3 pha (khi ngắn mạch nhiều pha) hay đóng 1 pha (khi ngắn mạch một pha). Riêng TĐL 3 pha được phân ra thành một số dạng: TĐL đơn giản, TĐL tác động nhanh, TĐL có kiểm tra điện áp, TĐL có kiểm tra đồng bộ.... Theo loại thiết bị mà TĐL tác động đến có: TĐL đường dây, TĐL thanh góp, TĐL máy biến áp, TĐL động cơ điện. Theo số lần tác động có: TĐL một lần và TĐL nhiều lần. Theo cách thức tác động đến cơ cấu truyền động của máy cắt có: TĐL điện và TĐL cơ khí. 4.3.3. Các yêu cầu cơ bản Tùy điều kiện cụ thể, sơ đồ TĐL dùng cho đường dây hoặc những thiết bị điện khác có thể khác nhau nhiều. Nhưng tất cả các thiết bị TĐL phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau: - Tác động nhanh: Thời gian tác động của TĐL cần phải càng nhỏ càng tốt để đảm bảo thời gian ngừng cung cấp điện là nhỏ nhất. Ở các đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía tác động nhanh của TĐL cần thiết để rút ngắn thời gian khôi phục tình trạng làm việc bình thường của mạng điện. Tuy nhiên thời gian TĐL bị hạn chế bởi điều kiện khử ion hoàn toàn môi trường tại chỗ ngắn mạch nhằm đảm bảo TĐL thành công: tkhử ion < tTĐL < ttkđ Khi TĐL máy cắt dầu không cần quan tâm đến tkhử ion, nhưng đối với máy cắt không khí do thời gian đóng của nó rất bé nên phải xét đến điều kiện khử ion. Ngoài ra thời gian tác động của TĐL còn bị giới hạn bởi thời gian cần thiết để phục hồi khả năng truyền động của máy cắt khi đóng nó trở lại và khả năng cắt nếu ngắn mạch tồn tại. - TĐL phải tự đông trở về vị trí ban đầu sau khi tác động để chuẩn bị cho các lần làm việc sau. - Sơ đồ TĐL cần phải đảm bảo số lần tác động đã định trước cho nó và không được tác động lặp đi lặp lại. Phổ biến nhất là loại TĐL một lần, trong một số trường hợp người ta cũng sử dụng TĐL hai lần và TĐL ba lần. - Khi đóng hay mở máy cắt bằng tay thì TĐL không được tác động. Khi đóng máy cắt bằng tay, nếu nó bị cắt ra ngay lập tức bởi bảo vệ rơle, chứng tỏ là đã đóng máy cắt vào ngắn mạch tồn tại, lúc ấy chắc chắn việc đóng trở lại sẽ không thành công. Sơ đồ TĐL cũng cần dự tính đến khả năng cấm TĐL trong trường hợp máy cắt bị cắt ra bởi một số bảo vệ nào đó. Ví dụ, thường không cho phép TĐL máy biến áp tác động khi bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc (hư hỏng bên trong nó). 4.3.4. Tự đóng lại đường dây một nguồn cung cấp 206 1. Hoạt động của sơ đồ Hình 4.24. Sơ đồ thiết bị TĐL một lần đường dây có nguồn cung cấp 1 phía Trên hình 4.24 là sơ đồ của thiết bị TĐL một lần khởi động bằng phương pháp không tương ứng của đường dây có nguồn cung cấp 1 phía. Hoạt động của sơ đồ trong một số chế độ làm việc của mạng điện như sau: - Ở chế độ vận hành bình thường, khóa điều khiển KĐK ở vị trí đóng Đ2, tiếp điểm KĐKIV mở, rơle 3RG có điện phản ảnh vị trí đóng của MC; tiếp điểm KĐKI đóng, tụ C được nạp đầy điện qua điện trở nạp R. Trong khi đó, do máy cắt đang đóng nên tiếp điểm phụ của nó MC2 mở ra và rơle 2RG không có điện. Sơ đồ đang ở trong tình trạng sẵn sàng để tác động. - Khi xảy ra ngắn mạch, thiết bị bảo vệ rơle BV tác động cắt máy cắt, tiếp điểm phụ MC2 đóng lại, rơle 2RG có điện và đóng tiếp điểm trong mạch khởi động TĐL (điện trở R1 hạn chế dòng trong mạch vừa đủ để 2RG làm việc nhưng không đủ để máy cắt đóng lại). Rơle RT có điện, sau một thời gian tRT đặt trước tiếp điểm RT1 khép lại. Tụ C phóng điện qua cuộn dây điện áp của rơle 1RG, tiếp điểm 1RG1 của nó khép lại và cuộn đóng CĐ của máy cắt có điện theo mạch: (+) → KĐKI →1RG1→ 207 cuộn dòng 1RGI → Th → ĐN → 4RG2 → MC2→CĐ→(-). Lúc này máy cắt sẽ được đóng trở lại. - Nếu ngắn mạch tự tiêu tan: máy cắt sau khi được TĐL đóng lại sẽ giữ nguyên vị trí đóng, tụ C lại được nạp đầy để đưa sơ đồ trở lại trạng thái ban đầu chuẩn bị cho các lần làm việc sau. Nếu ngắn mạch tồn tại: bảo vệ rơle lại tác động cắt máy cắt và TĐL lại khởi động như trình tự đã nêu trên. Nhưng vì tụ C đã phóng hết điện trong lần tác động trước, đến lúc này chưa được nạp đủ nên không thể làm cho rơle 1RG tác động được và máy cắt sẽ không thể đóng lại. Điều đó đảm bảo cho TĐL chỉ tác động một lần như đã định trước cho nó. - Khi mở máy cắt bằng tay (chuyển KĐK sang vị trí C1): tiếp điểm KĐKI mở ra cắt nguồn vào RT và nguồn nạp tụ, tiếp điểm KĐKII nối tụ C vào điện trở phóng R4, năng lượng tích lũy ở tụ C sẽ phóng qua R4 biến thành nhiệt năng và tiêu tán ở R4. Nhờ vậy đảm bảo TĐL không thể tác động khi mở máy cắt bằng tay. Trong một số trường hợp, tiếp điểm “cấm TĐL” đóng lại, tụ C phóng điện và TĐL cũng không thể làm việc. - Khi đóng máy cắt bằng tay (KĐK ở vị trí Đ1): tụ C bắt đầu được nạp điện, nếu máy cắt lại mở ra thì TĐL cũng không tác động được vì cho đến lúc này tụ C vẫn chưa nạp đầy. 2. Đặc điểm sơ đồ - Hình 4.25. Biểu đồ thời gian trong chu trình TĐL một lần 208 - Sơ đồ khởi động theo phương pháp không tương ứng giữa vị trí của khóa điều khiển (tiếp điểm KĐKI) và vị trí của máy cắt (tiếp điểm 2RG của rơle phản ánh vị trí cắt của máy cắt). - Tiếp điểm RT2 và điện trở R3 nối song song để tăng lực khởi động ban đầu của RT và khi duy trì thì RT không bị phát nóng nhờ R3 cản bớt dòng. - Rơle 1RG có hai cuộn dây, khi RT1 khép, tụ C phóng qua cuộn dây điện áp 1RGU, cuộn dây dòng điện 1RGI làm nhiệm vụ tự giữ vì tụ C chỉ cung cấp một xung ngắn hạn đủ để khởi động 1RG chứ không duy trì được. - Rơle 4RG có hai cuộn dây, để chống máy cắt đóng lặp đi lặp lại khi ngắn mạch tồn tại và hỏng hóc TĐL. Ví dụ khi hỏng tiếp điểm 1RG1 (dính) và xảy ra ngắn mạch, cuộn cắt của máy cắt có điện, đồng thời cuộn dòng 4RGI cũng có điện. Máy cắt mở ra và các tiếp điểm 4RG1 đóng lại, 4RG2 mở ra. Nếu tiếp điểm 1RG1 bị dính thì ngay lập tức cuộn áp 4RGU có điện để duy trì trạng thái của các tiếp điểm 4RG1 , 4RG2. Do vậy mạch cuộn đóng của máy cắt bị hở và máy cắt không thể đóng lặp đi lặp lại. 4.3.5 Phối hợp tự đóng lại với bảo vệ rơle 1. Tăng tốc độ tác động của bảo vệ sau TĐL: Sau khi cắt chọn lọc đường dây bị hư hỏng, thiết bị TĐL sẽ tác động đóng máy cắt trở lại đồng thời nối tắt bộ phận tạo thời gian của bảo vệ chính (hoặc đưa bảo vệ tác động nhanh vào làm việc) trong một khoảng thời gian giới hạn nào đó, nhờ vậy đảm bảo cắt nhanh máy cắt trong trường hợp đóng trở lại đường dây vào ngắn mạch tồn tại. Hình 4.26 : Tăng tốc độ tác động của bảo vệ sau TĐL a) Sơ đồ mạng điện; b)Mạch tăng tốc Xét sơ đồ mạng điện hình 4.26.a và sơ đồ thực hiện tăng tốc hình 4.26.b. Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N thì các tiếp điểm của rơle 1RI, 2RI của bảo vệ 1BV đóng mạch cuộn dây RT, tiếp điểm RT1 đóng tức thời nhưng tiếp điểm RGT1 đang mở nên 209 cuộn dây RG không có điện. Sau thời gian tRT thì tiếp điểm RT2 đóng mạch cuộn dây RG để đi cắt máy cắt 1MC. Lúc này thiết bị TĐL sẽ đưa xung đi đóng lại 1MC đồng thời khởi động RGT, tiếp điểm RGT1 đóng. Nếu ngắn mạch tồn tại 1RI, 2RI và RT lại có điện nên RT1 đóng mạch cuộn dây RG và cắt nhanh máy cắt 1MC. Nếu ngắn mạch tự tiêu tan (TĐL hành công), thì sau một thời gian đủ để đóng chắc chắn 1MC tiếp điểm RGT1 mở ra và bảo vệ 1BV lại làm việc với thời gian đặt trước cho nó. Như vậy tăng tốc độ tác động của bảo vệ sau TĐL cho phép rút ngắn thời gian cắt rở lại một hư hỏng tồn tại. Tuy nhiên cần lưu ý là bộ phận khởi động dòng của bảo vệ được tăng tốc phải chỉnh định khỏi dòng tự khởi động của các động cơ (các động cơ bị hãm lại do mất điện trong quá trình ngắn mạch và trong chu trình TĐL). 2. Tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL: Cắt máy cắt lần thứ 1 bằng bảo vệ tác động nhanh không chọn lọc (ví dụ, bảo vệ dòng cắt nhanh), sau đó bảo vệ này bị khóa lại trong trong một khoảng thời gian nhất định để việc cắt máy cắt lần thứ 2 (nếu TĐL không thành công) được thực hiện bởi các bảo vệ tác động chọn lọc. Hình 4.27 : Tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL a) Sơ đồ mạng điện b) Mạch tăng tốc Trong phương pháp tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL, cắt lần thứ 1 có thể xảy ra khi hư hỏng ở phần tử kề, tức là tác động không chọn lọc. Nếu hư hỏng tự tiêu tan và TĐL thành công, thì tác động không chọn lọc trước đó của bảo vệ được 210 sửa chữa bằng tác động của thiết bị TĐL. Nhờ cắt nhanh ngắn mạch sẽ tạo khả năng TĐL thành công lớn hơn. Sơ đồ bộ phận tăng tốc độ bảo vệ trước TĐL như trên hình 4.27b, tiếp điểm 1RI là của bảo vệ cắt nhanh 3I>>, tiếp điểm 2RI là của bảo vệ dong cực đai 3I>. Thiết bị TĐL đặt ở đoạn đường dây đầu tiên AB (hình 4.27a). Khi ngắn mạch trên một đoạn bất kỳ của đường dây ABCD (ví dụ, tại điểm N), lúc đầu bảo vệ cắt nhanh 3I>> tác động không thời gian đi cắt 3MC. Sau đó TĐL sẽ khởi động và đóng 3MC lại, đồng thời đưa tín hiệu đi khóa bảo vệ 3I>>. Nếu ngắn mạch tồn tại thì các bảo vệ sẽ làm việc một cách chọn lọc theo đặc tính thời gian của chúng, trong trường hợp này bảo vệ dong cực đai 1I> có thời gian làm việc nhỏ nhất sẽ tác động cắt máy cắt 1MC. Cần lưu ý là việc khóa bảo vệ cắt nhanh 3I>> trên sơ đồ hình 4.27b được thực hiện nhờ tín hiệu từ thiết bị TĐL đưa đến RGT để làm hở mạch tác động của rơle 1RI. Nhược điểm của phương pháp tăng tốc độ tác động của bảo vệ trước TĐL là nếu TĐL hoặc máy cắt 3MC bị hỏng thì tất cả các hộ tiêu thụ trên đường dây đều bị mất điện mặc dù ngắn mạch có thể chỉ ở đoạn cuối. Muốn bảo vệ cắt nhanh 3I>> không tác động mất chọn lọc khi ngắn mạch sau các máy biến áp 1B, 2B cần phải chọn dòng khởi động của nó lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch sau các máy biến áp này. Điều này làm hạn chế phạm vi sử dụng của phương pháp, nhất là khi các đoạn đường dây khá dài và công suất các máy biến áp 1B, 2B khá lớn. 3. TĐL theo thứ tự: Hình 4.28 : TĐL theo thứ tự 211 Trong các mạng điện bao gồm nhiều đoạn đường dây nối tiếp nhau có thể thực hiệncắt nhanh ngắn mạch tồn tại cũng như thoáng qua nhờ phối hợp tác động của bảo vệ cắtnhanh và tác động theo thứ tự của thiết bị TĐL đặt tại máy cắt của những đoạn kề nhau. Xét sơ đồ mạng điện hình 4.28, tại các máy cắt 1MC, 2MC, 3MC tương ứng có trang bị: các thiết bị tự động đóng trở lại 1TĐL, 2TĐL, 3TĐL; các bảo vệ cắt nhanh không chọn lọc 1I>>, 2I>>, 3I>> và các bảo vệ dòng cực đại tác động chọn lọc 1I>, 2I>, 3I>. Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn lớn hơn dòng khi ngắn mạch sau các máy biến áp 1B, 2B; vì vậy vùng bảo vệ sẽ bao gồm toàn bộ đoạn đường dây được bảo vệ và một phần đoạn kề. Hình 4.29: Biểu đồ thời gian trong chu trình TĐL theo thứ tự Thời gian làm việc của các thiết bị TĐL được chọn tăng dần theo hướng từ nguồn trở đi: t3TĐL < t2TĐL < t1TĐL Khi xảy ra ngắn mạch tại điển N trên đoạn BC, các bảo vệ cắt nhanh 2I>> và 3I>> tác động cắt 2MC và 3MC. Thiết bị 3TĐL có thời gian nhỏ hơn nên tác động trước đóng trở lại 3MC. Vì đoạn AB không hư hỏng nên TĐL thành công. Sau đó 2TĐL sẽ tác động. đóng 2MC lại. Nếu ngắn mạch là thoáng qua thì TĐL thành công. Nếu ngắn mạch tồn tại, bảo vệ cắt nhanh 2I>> sẽ tác động cắt 2MC của đoạn đường dây hư hỏng BC vì cho đến thời điểm này bảo vệ cắt nhanh 3I>> của đoạn AB đã bị khóa lại (xem biểu đồ thời gian trên hình 4.29). 4.3.6. Tự đóng lại đường dây hai nguồn cung cấp Cơ cấu tự động đóng lại đường dây 2 nguồn cung cấp có một số đặc điểm khác biệt là nó chỉ được phép tác động sau khi máy cắt ở cả hai phái đường dây đã được cắt, đặc điểm thứ 2 là nếu điện áp ở 2 phía của đường dây không đồng bộ tại thời điểm TĐL thì có thể sẽ dẫn đến sự tăng vọt của dòng điện, làm ảnh hưởng đến các 212 thiết bị. Chính vì lẽ đó mà cơ cấu TĐL ở đường dây 2 nguồn cung cấp cần phải được trang bị thêm bộ phận kiểm tra đồng bộ của điện áp. Sơ đồ TĐL đường dây 2 nguồn cung cấp với bộ kiểm tra sự đồng bộ của điện áp khi thể hiện trên hình 4.30. Các thiết bị TĐL được đặt trên cả 2 đầu đường dây. Khi xảy ra ngắn mạch, các máy cắt 1MC và 2MC sẽ cắt, đường dây không còn điện làm cho rơle 1RU sẽ đóng tiếp điểm đưa tín hiệu đến bộ phận 1TĐL làm máy cắt 1MC đóng trở lại. Nếu ngắn mạch tiêu tan thì đường dây sẽ lại được cấp điện. Rơle kiểm tra đồng bộ 2RKĐ nhận tín hiệu từ máy biến áp 1BU và 2BU, sẽ đóng tiếp điểm khi điện áp đồng bộ làm 2TĐL khởi động đóng máy cắt 2MC. Với sơ đồ này thì máy cắt 1MC thường làm việc nhiều hơn máy cắt 2MC. Để khắc phục người ta đặt TĐL có các rơle RKĐ ở cả 2 phía, lúc đó TĐL ở phía nào đóng trước cũng được tùy thuộc vào vị trí của khóa chuyển mạch KCM. Hình 4.30. Sơ đồ nguyên lý tự động đóng lại đường dây có 2 nguồn cung cấp TĐL- cơ cấu động đóng lại; RKT- rơle kiểm tra đồng bộ; KCM - khóa chuyển mạch 213 Câu hỏi ôn tập chương Câu 1: Trình bày khái quát về tự động điều chỉnh tần số. Câu 2: Trình bày phương pháp điều chỉnh tần số trong trường hợp sự cố. Câu 3: Trình bày khái quát về tự động điều chỉnh điện áp. Câu 4: Trình bày phương pháp tự động điều chỉnh kích từ theo nguyên lý ổn dòng và bù dòng. Câu 5: Trình bày phương pháp tự động điều chỉnh kích từ máy phát. Câu 6: Trình bày phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cơ cấu phức hợp. Câu 7: Trình bày phương pháp tự động điều áp dưới tải. Câu 8: Trình bày ý nghĩa của tự động đóng trở lại nguồn điện. Câu 9: Trình bày các yêu cầu cơ bản của tự động đóng trở lại nguồn điện. Câu 10: Trình bày nguyên lý hoạt động của sơ đồ tự động đóng trở lại đường dây một nguồn cung cấp. 214 PHỤ LỤC MÃ SỐ RƠLE 21: Rơle bảo vệ khoảng cách. 21N: Bảo vệ khoảng cách, chống chạm đất. 24: Rơle quá từ. 25: Rơle kiểm tra đồng bộ. 26: Rơle nhiệt (dầu). 27: Rơle điện áp thấp. 30: Rơle chỉ thị vùng bảo vệ. 32F: Rơle định hướng công suất thứ tự thuận. 32R: Rơle định hướng công suất thứ tự nghịch. 33: Rơle chỉ thị mức dầu thấp. 37: Dòng điện thấp và công suất thấp. 40: Rơle phát hiện mất kích thích máy phát. 46: Rơle dòng cân bằng pha hay ngược pha(bảo vệ dòng thứ tự nghịch). 47: Rơle thứ tự pha. 48: Mất gia tốc. 49: Rơle nhiệt độ. 49R: Bảo vệ nhiệt độ Rôto. 49S: Bảo vệ nhiệt độ stato. 50: Rơle quá dòng cắt nhanh. 51BF: Rơle bảo vệ hư hỏng máy cắt. 50N: Quá dòng cắt nhanh chống chạm đất. 51: Rơle quá dòng cực đại. 51G: Quá dòng chống chạm đất. 51GS: Quá dòng chạm đất Stato. 51N: Quá dòng chống chạm đất thời gian trễ. 51V: quá dòng có kiểm tra điện áp. 52: Máy cắt AC. 59: Rơle quá điện áp. 59N: Rơle áp thứ tự không chống chạm đất. 60: Cân bằng dòng và điện áp. 62: Rơle thời gian. 63: Rơle áp suất. 64: Rơle chống chạm đất. 64R: Bảo vê chống chạm đất rôto. 67: Rơle dòng định hướng. 215 67N: Rơle dòng định hướng chống chạm đất. 74: Rơle xoá giám sát mạch cắt. 76: Rơle quá dòng DC 78: Mất đồng bộ hay đo góc lệch pha. 79: Tự đóng trở lại. 80: Rơle phát hiện mất nguồn DC. 81: Rơle tần số. 85: Bảo vệ tần số cao, viba hay cáp quang (pilot). 86: Rơle cắt và khoá máy cắt. 87: Rơle so lệch dọc. 87G: So lệch máy phát. 87T: So lệch máy biến áp. 87B: So lệch thanh góp. 87M: So lệch đợng cơ. 87L: So lệch đường dây. 87N: So lệch chống chạm đất. 90: Rơle điều hoà điện thế. 92: Rơle định hướng công suất và điện áp. 95: Rơle phát hiện đứt mạch thứ cấp BI. 96: Rơle hơi. 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 ix TÀI LIỆU THAM KHẢO + Giáo trình, tài liệu chính: [1]. Trần Quang Khánh – Bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện, NXB Giáo dục, 2005. [2]. Trần Đình Long. Bảo vệ các hệ thống điện, NXB KHKT, 2000. [3]. Trần Đình Long, Trần Đình Chân, Nguyễn Hồng Thái – Bảo vệ rơle trong hệ thống điện - Đại học BK HN. + Tài liệu tham khảo: [4]. Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê - Cung Cấp điện, NXB KHKT, 1998. [5]. Nguyễn Hồng Thái, Vũ Văn Tẩm - Rơle số - lý thuyết và ứng dụng, NXB Giáo dục, 2001. [6]. [7].