Điện - Điện Tử - Công nghệ phát điện

6/17/2009 1 TS. Trương Ngọc Minh 2 6/17/2009 2
Chương 1: Máy phát điện đồng bộ
Chương 2: Máy biến áp
Chương 3: Động cơ điện Tài liệu tham khảo: PGS.TS.Tr
nh Hùng Thám “Vn hành nhà máy đin” 3 4 6/17/2009 3
Tuabin nối trực tiếp với máy phát
Mô tơ thay đổi lượng nhiên liệu vào tuabin 5 Nhiên liệu Pmax Kiểu Tốc độ Than hoặc hạt nhân 1500 MW Hơi Cao Gas hoặc dầu Vài trăm MW Gas Bình thường Nước 1000 MW Nước Thấp 6 6/17/2009 4 GHÉP DỌC GHÉP NGANG 7 Tuabin hơi dùng trong NMĐ nguyên tử 8 6/17/2009 5 trong đó: ▪ V: dung tích (m3) ▪ Q: tỷ lệ khối lượng hơi (kg/sec) ▪ : là tỷ trọng hơi (kg/m3) ▪ W: khối lượng của hơi trong nồi (kg) 9
Điều khiển quá tốc: các van IV
Loại trừ sự cố quá tốc: van MSV và RSV
Khởi động và dừng tuabin 10 6/17/2009 6 11 MỘT CHU TRÌNH CHU TRÌNH KẾT HỢP 12 6/17/2009 7 0 100 200 300 Chiều cao đập K i ể u t u a b i n Phản lực Xung lực 13 14 6/17/2009 8 15 16 6/17/2009 9 17 Máy phát điện Sđm Hiệu suất cao Kinh tế Kích từ Giữ điện áp ổn định Chế độ làm việc Bình thường Không bình thường 18 6/17/2009 10 trong đó: - k: hệ số phụ thuộc vào cách quấn dây - n: vận tốc - : từ cảm trong khe hở giữa rotor và stator - : chiều dài tác dụng của lõi thép stator - D1: đường kính stator - A1: phụ tải đường của stator 19 lδ • S thay đổi tuyến tính • Độ uốn tĩnh rotor • Cộng hưởng • lδgh = 6 ÷ 7m • S thay đổi theo • D2gh ≤ 1300mm 20 6/17/2009 11 trong đó: - k2: hằng số - Σq: tổng tiết diện ngang cuộn kích từ - j2: mật độ dòng cuộn kích từ 21 22 6/17/2009 12 • Đắt tiền • MFĐ lớn • Cách điện tốt • Rẻ tiền Không khí Dầu HydroNước 23
Nhiệt độ trên cách điện: θ = θdd - θmc => θ lớn
Hệ thống hở
Môi chất không khí
Hệ thống kín
Môi chất không khí
Môi chất hydro 24 6/17/2009 13
Nhiệt độ trên cách điện: θ = θdd - θmc => θ rất nhỏ
Môi chất làm mát: - Nước cất - Hydro
Hiệu quả 25 26 6/17/2009 14
Ufđm
Ifđm
Pfđm = UfđmIfđm
Bội số kích thích giới hạn kU = kI =
Vận tốc kích thích
Thời gian diệt từ (nhỏ) 27 TỰ KÍCH THÍCH KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP 28 6/17/2009 15
Thay đổi R1 => Iff => Uf => If => UG
Chế độ điều khiển bằng tay
Chế độ tự động
Chế độ cưỡng bức
Iff tăng dần đến Iffgh
Uff tăng dần đến Uffgh 29
Đường 1: Đặc tính từ hóa
Đường 2: Uf = Iff(R1 + Rff)
Đường 3: Uf = IffRff 30 6/17/2009 16
Ưu điểm
Quán tính lớn
Mạch kích từ độc lập với mạch xoay chiều
Nhược điểm
Có cổ góp, vành trượt (tia lửa điện)
Thường dùng cho MFĐ có Pđm ≤ 150MW 31 32 6/17/2009 17 CHỈNH LƯU CỐ ĐỊNH CHỈNH LƯU QUAY 33
Ưu điểm
Không cổ góp, vành trượt
Nhược điểm
Cuộn dây 3 pha phải bền
Khi hỏng bất kỳ phần tử nào thì phải ngừng MFĐ
Thời gian diệt từ lâu 34 6/17/2009 18
Ngắn mạch tại N: IN = IN1 + IN2
Điện áp tự cảm trên cuộn kích từ: IN1 IN2 HT G 35 R: điện trở phóng điện 36 6/17/2009 19
Trước thời điểm diệt từ Uf = Uf0 = if0Rf
Tại thời điểm diệt từ Uf = Ufm = Rif(t=0) = Rif0
R = (3÷ 4)Rf 37 R: điện trở san bằng áp khe hở H: cuộn dây tạo từ trường 38 6/17/2009 20
Trước thời điểm diệt từ: Uf = Uf0 = if0Rf
Tại thời điểm diệt từ: Uf = Uf0 – nUhqn
Ucp: giá trị tuyệt đối quá điện áp cho phép của mạch cuộn dây kích từ 39
Thyristor dẫn khi áp thuận và có tín hiệu điều khiển (góc α = ϖt ≤ 180o)
Ở chế độ diệt từ, góc α >180o
Không điều khiển được ở chế độ diệt từ
Dùng cho HTKT kiểu chỉnh lưu có điều khiển 40 6/17/2009 21
Các thông số trong trị số cho phép
Ef, U
P, Q
Dòng phần tĩnh và dòng phần quay
Đồng bộ
Đối xứng 41
φf và φar tạo thành φr
φar cùng pha với Ia
Ef chậm sau φf 90o
Ear chậm sau φar 90o
Er chậm sau φr 90o 42 6/17/2009 22 43 44 6/17/2009 23
δ là góc lệch giữa Ef và U
Ef quay cùng với rotor => Ef gắn chặt với rotor
Dùng trục tham khảo luôn quay với tốc độ wđb
Chế độ làm việc đồng bộ thì δ = const
Xác định vị trí của rotor trong không gian 45 46 6/17/2009 24
Công suất Pmax xác định theo 47
Hệ thống công suất vô cùng lớn SHT = nSGđm với n → ∞
Điện kháng đẳng trị → 0
Điện áp tại thanh cái hệ thống UHT = EHT – jIXHT = EHT 48 6/17/2009 25
Hệ số công suất được điều khiển bằng dòng kích thích 49
Giả thiết U const
0 ≤ δ ≤ 90o 50 6/17/2009 26
Giả thiết U const
0 ≤ δ ≤ 90o 51
Chế độ định mức
U = Uđm I = Iđm
cosϕ = cosϕđm
P = Pđm = AB
Q = Qđm = CB
S = Sđm = CA
Eq = Eqđm = OA 52 6/17/2009 27
Miền 1 (giới hạn bởi AF, EF và cung AE)
P Qđm
Miền 2 (giới hạn bởi AF, FG, GD và DA)
Pminkt ≤ P ≤ Pđm, 0 < Q < Qđm
Miền 3 (giới hạn bởi cung KH, KD, DG và GH)
Pminkt ≤ P ≤ Pđm, Q < 0 53
wr = wđb = wφ
a
If là một chiều
a
Pminkt ≤ P ≤ Pđm
0 < Q ≤ Qđm 54 6/17/2009 28
Dòng phần tĩnh, phần quay vượt trị số định mức
Nguyên nhân:
Ngắn mạch trong lưới, mở máy các động cơ lớn
Mất đồng bộ, kích thích cưỡng bức If => Iffgh
Hậu quả
Cuộn dây của MFĐ phát nóng
Sinh ứng lực giữa các vòng dây 55
wr = wđb = wφ
a
If = (3-4)Ifđm
D
Pminbt ≤ P ≤ Pđm
Q > Qđm 56 6/17/2009 29
Chế độ đồng bộ wr = wđb = wφ
Eq = 0 => Mthừa rất lớn
Độ trượt
Rotor có I2 với f2 = sf1
Mkđb có tính hãm
MFĐ tiêu thụ Q
MFĐ bị phát nóng 57
Mcơ = F(s)
Đường 1: chế độ đồng bộ
Đường 2: Mkđb máy phát thủy điện không cuộn cản
Đường 3: Mkđb máy phát thủy điện có cuộn cản
Đường 4: Mkđb MF nhiệt điện 58 6/17/2009 30
wr > wđb
Mcơ = Mđiện = Mkđb
Dòng phần quay If = 0 (I2 có tần số f2 = sf1)
Dòng phần tĩnh
P = (40 ÷ 50%)Pđm
Q < 0 59
Dòng và áp của 3 pha trong chế độ đối xứng 60 6/17/2009 31
Phụ tải không đối xứng
Đường dây ba pha không hoán vị hoặc hoán vị không hoàn toàn
Vận hành chế độ không toàn pha
Sự cố ngắn mạch N(1), N(1,1), N(2) 61 Hệ thứ tự thuận Hệ thứ tự nghịch Hệ thứ tự không Hệ không đối xứng 62 6/17/2009 32
Phương trình cân bằng áp
Thành phần TTT:
Thành phần TTN: (1.1)
Thành phần TTT: Hệ (1.1) chỉ đúng khi có điểm không đối xứng 63
Tại điểm không đối xứng 64 6/17/2009 33 TRUNG TÍNH T1, T2 CÁCH ĐIỆN
X0Σ = ∞
Phía máy biến áp
Phía máy phát điện TRUNG TÍNH T1, T2 NỐI ĐẤT
X0Σ = 0
Phía máy biến áp
Phía máy phát điện 65
Tại điểm không đối xứng 66 6/17/2009 34
Từ trường quay của thành phần TTN φ2 quét roto
Dòng I2 có tần số f2 = sf1 = 100Hz
MFĐ bị nóng
Mkđb dao động với tần số 100Hz
MFĐ bị rung 67
Io không tồn tại trong máy phát điện
Cuộn dây MFĐ nối ∆ hoặc Y không dây trung tính
Làm việc trực tiếp với lưới có trung tính cách điện (5; 10; 13,8; 18; 20 kV)
Với lưới có trung tính nối đất (có Io) thì MFĐ luôn nối với MBA có tổ nối dây ∆/Y 68 6/17/2009 35
MFĐ chủ yếu phát Q, P = 0 hoặc rất nhỏ
Nguyên nhân
Nhà máy nhiệt điện
Làm việc có tuabin (P ≥ Pminkt)
Làm việc không có tuabin (P = 0)
Nhà máy thủy điện 69
Rotor được chế tạo friêng = 40Hz
Cộng hưởng tần số thấp fthấp = 10 ÷ 15Hz
Hậu quả
Khắc phục
Thiết bị phát hiện và khử nhiễu
Đóng thêm điện trở R vào mạch stato
Tác động mạch kích từ 70 6/17/2009 36 Các đại lượng so sánh Chế độ bình thường Chế độ quá tải Chế độ không đồng bộ Chế độ không đối xứng Vận tốc rotor wr = wđb wr = wđb wr > wđb wr = wđb Momen Mcơ = Mđb Mcơ = Mđb Mcơ = Mkđb Mcơ = Mđb + Mkđb100Hz CSTD Pminkt ≤ P ≤ Pđm Pminkt ≤ P ≤ Pđm P = (40÷50%)Pđm P phụ thuộc ∆I CSPK 0≤Q≤Qđm Q>Qđm Q<0 Q phụ thuộc ∆I Dòng phần tĩnh I = IA + jIR I = IA + jIR I = IA - jIR I = I1 + I2 Dòng phần quay If(=) If(=) ↑ If(=) = 0 I100Hz + If(=) 71 72 6/17/2009 37 73
Mạch điện sơ cấp
Mạch điện thứ cấp
Mạch từ 74 6/17/2009 38 75 KIỂU U/I
Xếp chồng các tấm thép hình U và I KIỂU E/I
Xếp chồng các tấm thép hình E và I 76 6/17/2009 39
Ep = 4,44Npφmf
Es = 4,44Nsφmf
Tỷ số biến đổi 77
Pvào = Pra
VpIp = VsIs
Tỷ số biến đổi 78 6/17/2009 40 79 80 6/17/2009 41
a
Hiệu suất của MBA Pvào = Pra + Plõi thép + Pđồng 81 82 6/17/2009 42 83 MBA TĂNG ÁP
a Vs < Vp MBA GIẢM ÁP
a > 1 => Vs < Vp 84 6/17/2009 43 ĐIỀU CHỈNH THƯỜNG ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI 85 86 6/17/2009 44 87 88 6/17/2009 45 89
Vật liệu cách điện
Vật liệu sắt từ (tôn silic)
Kỹ thuật chống sét
Phần mềm thiết kế 90 6/17/2009 46
Tổn thất trong MBA ∆P = ∆PFe + ∆PCu
Khi MBA mang tải S = Sđm ∆P = ∆PFe + ∆PCu = ∆PFe(1+ ∆PCu/∆PFe) = ∆PFe(1 + b) b = 2 ÷ 6
Khi MBA mang tải S ≠ Sđm ∆P = ∆PFe(1 + bk2) k = S/Sđm 91 92 6/17/2009 47 24t10 S S1 24t20 S S2 S1 t20 S S1 S2 93 ∆P.dt = C.G.dθ + β.F.θ.dt ∆P: tổn thất trong MBA C: tỷ nhiệt của MBA θ: độ tăng nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường β: hệ số tỏa nhiệt bề mặt
Tại t = t ∞ : θ ∞ = ∆P/β.F
Tại t = 0: θ = t.∆P/C.G 94 6/17/2009 48 tτ0 θ θ = t.∆P/(C.G) θ ∞ 95 ĐÓNG MBA θ0 = νt=0 - ν0 = 0 θ = θ ∞ (1-e-t/τ) CẮT MBA θ ∞ = νt=∞ - ν0 = 0 θ = θ0(1-e-t/τ) 96 6/17/2009 49 T: tuổi thọ của MBA A, a: hằng số phụ thuộc hao mòn cách điện cho phép ν: nhiệt độ của MBA (coi hằng số)
νđm = 98oC thì Tđm = 20 ÷ 25 năm
T = Tđm2-(ν - νđm)/δ với δ = 8oC 97 Hệ số quá tải: A B S 0 t S1 S2 t1 t2 98 6/17/2009 50
Xảy ra khi có MBA làm việc song song bị sự cố
MBA được quá tải 40% trong thời gian 5 ngày đêm nếu hệ số điền kín phụ tải trong quá trình quá tải ≤ 0,93 và mỗi ngày quá tải không quá 6h
MBA được quá tải sự cố nếu tocd ≤ 140oC 99
Cuộn sơ cấp C → O
UC, WC
Cuộn thứ cấp T → O
UT = Uch, WT = Wch
Dòng điện Ich = αIT
Cuộn nối tiếp C → T
Unt = UC – UT, Wnt = WC – WT
Dòng điện Int 100 6/17/2009 51
Công suất tải qua phía sơ cấp: UCIC
Công suất nhận ở phía thứ cấp: UTIT
Bỏ qua tổn thất công suất trong máy biến áp 101
Hệ số có lợi
Công suất cuộn nối tiếp
Công suất cuộn chung 102 6/17/2009 52
Cuộn hạ được chế tạo theo
MBA TN có 3 cuộn dây
Cuộn nối tiếp
Cuộn chung
Cuộn hạ 103
Sử dụng nguyên lý xếp chồng
Chế độ biến áp
Chế độ tự ngẫu
Công suất các cuộn dây
Công suất giới hạn tải qua máy là STNđm 104 6/17/2009 53
Cuộn hạ là cuộn có tải lớn nhất
MBA không bị quá tải khi 105 106 6/17/2009 54
Công suất tải cuộn chung
Công suất tải cuộn nối tiếp
MBA không bị quá tải khi 107 108 6/17/2009 55
Công suất tải cuộn chung
Công suất tải cuộn nối tiếp
MBA không bị quá tải khi 109 Chế độ làm việc Cuộn dây cần kiểm tra Công thức C H T Wnt, Wch (T->C) (C->T) C H T Wnt C H T Wch C H T WH 110 6/17/2009 56
Giả thiết SCđm = STđm = SHđm = S3dqđm
Tổn thất công suất trong các cuộn dây 111
Tổn thất điện năng hàng năm
Tỷ số công suất các cuộn dây 100/100/67
Tỷ số công suất các cuộn dây 100/67/100 112 6/17/2009 57
n MBA 3 dây quấn làm việc song song
Tổ ba MBA 1 pha 113
Giả thiết Sntđm = Schđm = SHđm = αSTNđm
Tổn thất công suất trong các cuộn dây 114 6/17/2009 58
Tổn thất điện năng hàng năm
Tổ ba MBA tự ngẫu 1 pha 115 MÁY BIẾN ÁP 3 DÂY QUẤN Cuộn cao Cuộn trung Cuộn hạ MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU Cuộn chung Cuộn nối tiếp Cuộn hạ 116 6/17/2009 59
Công suất truyền tải từ cao sang trung và hạ áp STNđm = S3dqđm 117
Tổn thất trong cuộn nối tiếp ∆Pnt = I2ntRnt = α∆PC3dq < ∆PC3dq
Tổn thất trong cuộn chung ∆Pch = I2chRch = α∆PT3dq < ∆PT3dq
Tổn thất trong cuộn hạ ∆PHTN = I2HTNRHTN = ∆PH3dq/α > ∆PH3dq
Tổn thất không tải ∆P0TN < ∆P03dq 118 6/17/2009 60
Công suất truyền tải từ hạ sang trung và cao áp SHTNđm = S3dqđm 119
Tổn thất trong cuộn nối tiếp ∆Pnt = I2ntRnt = I2ntα2RC = α2∆PC3dq < ∆PC3dq
Tổn thất trong cuộn chung ∆Pch = I2chRch > ∆PT3dq
Tổn thất trong cuộn hạ ∆PHTN = I2HTNRHTN = I23dqR3dq = ∆PH3dq
Tổn thất không tải ∆P0TN = ∆P03dq 120 6/17/2009 61
Tổn thất công suất
Giá thành, khối lượng và kích thước
Tổn thất điện áp
Phạm vi sử dụng
Quy định 121 122 6/17/2009 62 123
Ưu điểm
Điều chỉnh vận tốc trong phạm vi rộng
Có thể làm việc theo chế độ lặp đi lặp lại
Nhược điểm
Đắt tiền và kém tin cậy
Vận hành phức tạp
Phạm vi sử dụng 124 6/17/2009 63
Cấu tạo
Ưu điểm
Hiệu suất cao
Nhược điểm
Không điều chỉnh được vận tốc
Đắt tiền và kém tin cậy
Phạm vi sử dụng 125
Cấu tạo
Ưu điểm
Rẻ tiền và tin cậy
Nhược điểm
Không kinh tế ở vận tốc thấp
Phạm vi sử dụng
Rộng rãi 126 6/17/2009 64 ĐỘNG CƠ CƠ CẤU 127 M n Mc
Tốc độ đồng bộ [v/phút]
Độ trượt
Tần số trượt 128 6/17/2009 65
Quan hệ giữa điện áp roto và stato E2s = sE1 129
Công suất điện truyền từ stato sang roto
Tổn thất trong cuộn roto
Công suất trên trục động cơ 130 6/17/2009 66
Momen quay 131
Khi mở máy s =1
R’2 lớn, X’2 nhỏ
smax lớn
Mmm lớn
Khi mở máy hoàn thành
s nhỏ, fr = sfs nhỏ
R’2 nhỏ, X’2 lớn 132 6/17/2009 67
Bình thường Mthừa = M – Mc = 0 (n = const)
Khi M ≠ Mc Mthừa = M – Mc = (3.1) w: tần số góc của trục quay J: momen quán tính của hệ 133 Mth* = M* – Mc* = (3.2) : hằng số quán tính cơ học của hệ (s)
Thời gian quá độ 134 6/17/2009 68 PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP
Đóng điện lưới trực tiếp
Ưu điểm
Mmm lớn
Thao tác đơn giản
Nhược điểm
Imm lớn
Ulưới giảm nhiều
Phạm vi sử dụng: rộng rãi PHƯƠNG PHÁP GIÁN TIẾP
Sử dụng thiết bị mở máy
Ưu điểm
Imm nhỏ
Ulưới giảm ít
Nhược điểm
Phức tạp
Thời gian mở máy lâu
Phạm vi sử dụng: khi không mở máy trực tiếp được 135
Rotor có thêm cuộn mở máy
Mở máy động cơ gồm hai giai đoạn:
Vận tốc tăng nhờ Mkđb
Vận tốc tăng nhờ Mđb 136 6/17/2009 69
Qúa trình quá độ cơ điện Mth* = M* – Mc*
Thời gian quá độ
Thời gian mở máy
Động cơ KĐB
Momen điện
Momen cản Mc* 137
Thời gian mở máy
Thời gian mở máy toàn phần 138 Tj = 2s; b =2 1.smax = 0,1;2. smax = 0,3; 3.smax = 1 6/17/2009 70
Mc* dạng giải tích
Mc* dạng đường cong 139
Độ tăng nhiệt độ cuộn dây stato trong đó: jmm là mật độ dòng cuộn dây stato khi mở máy
Kiểm tra nhiệt độ cuộn dây stato và rôto
Động cơ đang làm việc bị cắt ra rồi mở máy lại ngay
Động cơ đang không tải được mở máy hai lần liên tiếp 140 6/17/2009 71
Dòng roto
Mở máy s = 1 141
n giảm từ nđm về 0
Phương trình quá trình chạy theo đà
Thời gian hệ giảm từ n1* xuống n2* 142 6/17/2009 72
Phương trình quá trình chạy theo đà 143
Dạng tổng quát của Mc 144 6/17/2009 73 145 Điện áp thứ tự thuận Điện áp thứ tự nghịch