Đồ án Hệ thống hai máy phát điện hoạt động song song để bảo đảm cung cấp điện cho dây chuyền sản xuất có công suất 2500KVA

Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................Trang 3 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HOÀ ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT ..........Trang 4 A. Hoà đồng bộ hai máy phát. ..................................................................................... 1. Khái niệm ................................................................................................................ 2. Các phương pháp hoà đồng bộ hai máy phát....................................................... B. Quy định kiểm tra máy phát điện......................................................................... C. Tủ điện hoà đồng bộ .............................................................................................. Các chế độ hoạt động.................................................................................................. Chương 2. CÁC ĐIỀU KIỆN HOÀ .............................................................Trang 9 I. Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện ............................................................ II.Các biện pháp để kiểm tra các điều kiện đồng bộ ............................................... 1. Đồng vị pha trong máy phát .................................................................................. 2. Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới ..................................................................... III. Các phương pháp đo kiểm tra: ........................................................................... 1. Kiểm tra thứ tự pha................................................................................................ 2. Kiểm tra điện áp ..................................................................................................... 3. Kiểm tra tần số ....................................................................................................... 4. Kiểm tra góc lệch pha............................................................................................. III. Các sơ đồ hòa đồng bộ ......................................................................................... 1. Hòa đồng bộ máy phát vào thanh cái.................................................................... 2. Hòa đồng bộ máy phát vào lưới thông qua máy biến áp..................................... Chương 3. CÁC THAO TÁC KHI HOÀ HAI MÁY PHÁT ...................Trang 16 .I. Hoà hai máy phát điện........................................................................................... II. Ngưng hoạt động tủ hoà........................................................................................ III. Trường hợp khẩn cấp.......................................................................................... Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 2 A. ĐIỆN LƯỚI MẤT ĐỒNG THỜI MÁY PHÁT B (MÁY PHÁT CÓ CB) HƯ KHÔNG KHỞI ĐỘNG ĐƯỢC ................................................................... B. KHI CÓ ĐIỆN LƯỚI TRỞ LẠI, NẾU ỔN ĐỊNH THÌ TIẾN HÀNH CHUYỂN SANG ĐỊÊN LƯỚI ................................................................................. IV. Trường hợp đang hoà hai máy phát nhưng có một máy phát bị sự cố ............ A. MÁY PHÁT B (CÓ CB) BỊ SỰ CỐ PHẢI DỪNG MÁY ................................... B. MÁY PHÁT A (KHÔNG CÓ CB) BỊ SỰ CỐ PHẢI DỪNG MÁY................... Chương 4. VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN KOHLER...........................Trang 20 I. Kiểm tra trước khi mở máy ................................................................................... II. Ý nghĩa các đèn báo............................................................................................... III. Các đồng và hồ cầu chì:....................................................................................... IV. Thao tác trên máy:............................................................................................... A. KHỞI ĐỘNG ......................................................................................................... B. TẮT MÁY............................................................................................................... C. CÁC CHỨC NĂNG TỰ ĐỘNG DỪNG MÁY.................................................... D. PHƯƠNG PHÁP RESET CONTROLLER: ....................................................... KẾT LUẬN ................................................................................... Trang 26 Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 3 LỜI MỞ ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng không thể thiếu trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân. Nó đóng góp vai trò vô cùng quan trọng trong việc phát triển kinh tế của đất nước và đặc biệt là trong các xí nghiệp, nhà máy. Theo thống kê thì có khoảng 70% điện năng sản xuất ra được dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp. Vì vậy việc đảm bảo nhu cầu cung cấp điện liên tục cho xí nghiệp, nhà máy là một vấn đề bức thiết được đặt ra. Nếu một dây chuyền sản xuất đang hoạt động, điện lưới bị sự cố đột ngột mất điện mà không khắc phục kịp thời thì sẽ gây thiệt hại rất lớn đến sản phẩm. Do đó cần phải trang bị máy phát điện để đề phòng khi điện lưới mất. Thực tế dây chuyền sản xuất của nhà máy hoạt động với công suất tiêu thụ rất lớn, nếu chỉ sử dụng một máy phát điện thì khó có thể đáp ứng được nhu cầu sản xuất đặt ra nên cần phải hoà đồng bộ hai hay nhiều máy phát điện để đảm bảo cho nhu cầu tiêu thụ. Ở đây em xin trình bày hệ thống hai máy phát điện hoạt động song song để bảo đảm cung cấp điện cho dây chuyền sản xuất có công suất 2500KVA. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 4 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HOÀ ĐỒNG BỘ HAI MÁY PHÁT A. Hoà đồng bộ hai máy phát. 1. Khái niệm: Hòa đồng bộ hai máy phát là quá trình đưa máy phát vào làm việc song song với máy phát khác trong cùng một mạng, nhằm nâng cao công suất của trạm cung cấp cho các phụ tải làm việc ở chế độ đặc biệt. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 5 - Hai máy làm việc song song với nhau phải thoả các điều kiện: + UMáy Phát = ULưới + fMáy Phát = fLưới + Góc lệch pha φ = 0 + Thứ tự pha trùng nhau. 2. Các phương pháp hoà đồng bộ hai máy phát. - Tự động - Tay : do người thực hiện - Bán tự động: một vài thao tác do hệ thống tự động làm còn lại do người thực hiện . a.Tự hoà đồng bộ: Khi máy phát chạy đủ tốc độ và chưa có kích từ thì được đóng vào lưới, máy phát lúc đó sẽ làm việc như động cơ sau đó ta đóng mạch kích từ lúc này máy sẽ được tự động kéo lên lưới, phương pháp này không dùng trên tàu do gây sụt áp lớn. b. hoà đồng bộ thô: Máy phát cần hoà có UMáy Phát ≈ULưới , fMáy Phát =fLưới cho phép sai số (3÷4%), góc lệch pha không được quan tâm, máy phát được đóng vào mạng thông qua cuộn kháng để giảm dòng cân bằng. Khi máy phát được kéo vào đồng bộ thì cuộn kháng được ngắt. phương pháp này chỉ được dùng để đưa nhanh máy phát vào"làm việc với mạng khi có sự cố. c. Hoà đồng bộ chính xác : - Phải đảm bảo đủ 4 điều kiện :U, f, φ, thứ tự pha. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 6 Trong quyển đồ án này sử dụng phương pháp bán tự động. Cụ thể ở đây ta xét máy phát điện KOHLER POWER SYSTEM. B. Quy định kiểm tra máy phát điện: I. Khi máy không hoạt động: 1. Mức dầu DO trong bồn máy phát ở khoảng 90% thể tích bồn. 2. Đèn bình của bộ accu luôn sáng 3. Máy phát điện chủ lực (máy B) phải ở trạng thái sẵn sàng: đèn màu xanh SYSTEM READY của máy phải sáng. 4. Máy phát địên còn lại (máy A) ở chế độ tắt khẩn cấp: đèn màu đỏ EMERGENCY STOP phải sáng. 5. Mức nhớt trong hai máy phát phải nằm giữa hai chữ: F – L II. Khi máy hoạt động: 1. Mức dầu DO trong bồn dầu tối thiểu phải trên 30% thể tích bồn. 2. Tần số dòng điện phải đúng 50Hz. Điện áp phải đúng 380V. 3. Áp lực nhớt (OIL PRESS): 50sp1 Điện áp cụm bình accu: 28V Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 7 Ö Vì tính chất quan trọng của trạm phát điện nên các điều kiện trên phải đảm bảo được tuân thủ nghiêm ngặt. C. Tủ điện hoà đồng bộ - Tủ điện hòa đồng bộ nhiều máy phát điện được sử dụng trong trường hợp nguồn điện của điện lực bị sự cố thì máy phát điện dự phòng sẽ tự động khởi động và hòa đồng bộ và chia tải với nhau, ngoài ra hệ thống còn có chức năng giám sát phụ tải và quyết định cho máy chạy số lượng máy phát theo nhu cầu. - Hệ thống tủ hòa bao gồm nhiều ngăn tủ với kích thước thích hợp. Theo thiết kế chuẩn của Vector, hệ thống tủ hòa đồng bộ sẽ gồm: Một ngăn tủ chính và các ngăn tủ điều khiển máy phát. Ngăn tủ chính sẽ điều khiển, giám sát cho cả hệ thống và có thể bao gồm hoặc không bao gồm máy cắt (ACB), ATS. Mỗi ngăn điều khiển cho máy phát sẽ giám sát và điều khiển cho từng máy riêng biệt. Bộ điều khiển ATS Các chế độ hoạt động: Mỗi máy phát có thể hoạt động ở chế độ tự động – bán tự động - bằng tay và ngừng. OFF: Không thể khởi động máy phát điện trên tủ hòa đồng bộ, chỉ có thể khởi động trên tủ điện của Máy phát điện cho mục đích chạy thử không tải hoặc bảo trì. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 8 AUTO: Máy phát điện sẽ tự động hoạt động và dừng khi nguồn điện chính bị sự cố hoặc phục hồi, hệ thống sẽ tự động hòa đồng bộ và chia tải đều cho các Máy phát điện. Trong khi đang hoạt động song song, nếu tải tiêu thụ giảm xuống thì một hoặc nhiều Máy phát điện sẽ tự động chuyển tải cho hệ thống và ngừng hoạt động theo thứ tự đã đựơc lập trình. Khi tải tiêu thụ tăng lên lại các Máy phát điện này sẽ tự khởi động và hòa vào hệ thống theo thứ tự đã được lập trình sẵn. MAN: Máy phát điện được khởi động hoặc dừng bằng nút nhấn trên tủ điện. Hệ thống được hòa đồng bộ bằng đồng hồ hòa đồng bộ có Relay kiểm tra. Chia tải bằng cách chỉnh các biến trở. SEMIAUTO: Chế độ bán tự động có thể khởi động bằng tay bất kỳ máy nào trước, việc hòa đồng bộ được thực hiện tự động. Mỗi quá trình hòa hoàn tất, hệ thống mới cho phép khởi động bằng tay máy tiếp theo. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 9 Chương 2. CÁC ĐIỀU KIỆN HOÀ I. CÁC ĐIỀU KIỆN HOÀ ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN - Điều kiện về tần số: 2 máy phải bằng tần số với nhau, hoặc tần số máy phải bằng tần số lưới. - Điều kiện về điện áp: 2 máy phải cùng điện áp với nhau, hoặc điện áp máy phải bằng điện áp lưới. - Điều kiện về pha: 2 máy phải cùng thứ tự pha, và góc pha phải trùng nhau. + Lý thuyết thì như vậy, nhưng thực tế, ta thấy điều kiện 1 và điều kiện 3 có vẻ như mâu thuẫn với nhau. Vì nếu muốn cho góc pha của 2 phía trùng nhau, thì phải điều chỉnh tần số. Mà đã điều chỉnh tần số thì tần số không thể bằng nhau. Còn nếu muốn giữ nguyên cho 2 tần số bằng nhau, thì mãi mãi chằng thể điều chỉnh được góc pha. Ö Vậy thì phải nói là tần số của 2 máy xấp xỉ bằng nhau. Sai biệt nằm trong khoảng Delta f cho phép. df này là bao nhiêu tùy thuộc vào việc chỉnh định bộ điều tốc và rơ le hòa điện tự động, hoặc rơ le chống hòa sai. + Thông thường, người ta điều chỉnh sao cho df có trị số >0 một chút, nghĩa là tần số máy cao hơn tần số lưới một chút. Như vậy khi hòa vào lưới, máy phát sẽ bị tần số lưới ghì lại, nghĩa là máy phát sẽ phát một công suất be bé ra lưới ngay thời điểm đóng máy cắt. + Một số rơ le cho phép đóng cả khi tần số máy phát thấp hơn tần số lưới. Nhưng Vận hành viên thường vẫn điều chỉnh sao cho tần số máy cao hơn. Nếu tần số máy thấp hơn lưới, thì sau khi đóng máy cắt, máy phát sẽ bị tần số lưới kéo cho chạy nhanh lên, công suất sẽ bị âm một ít, mát phát làm việc ở chế độ động cơ. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 10 + Thông thường, các bộ điều tốc sẽ chỉnh định tốc độ FSNL (full speed no load) bằng 100,3 % định mức. Và đây cũng là tần số ban đầu để đưa hệ thống hòa đồng bộ vào vận hành. * Với df nhỏ hơn df cho phép, thì khi hòa đòng bộ, công suất phát ra hoặc thu vào rất bé, không ảnh hưởng gì đến hệ thống. * Tương tự, đối với điện áp. Người ta cũng cho phép điện áp có sai biệt chút ít so với điện áp lưới. Và thường người ta cũng chỉnh định sao cho điện áp máy phát bằng hoặc hơn U lưới một chút, để khi đóng điện thì công suất vô công của máy nhỉnh hơn 0 một chút. Đối với điện áp thì có thể điều chỉnh cho U máy = U lưới chính xác mà không có vần đề gì. * Điều kiện về Pha: đây là điều kiện bắt buộc, và phải tuyệt đối chính xác. + Thứ tự pha, thường chỉ kiểm tra một lần đầu tiên khi lắp đặt máy. Từ đó về sau, không ai kiểm lại làm gì, ngoại trừ nếu có công tác gì đó phải tháo nhiều thứ ra và lắp lại. + Vì phải điều chỉnh tần số, nên 2 tần số không bằng nhau. Do đó góc pha sẽ thay đổi liên tục theo tần số phách = hiệu của 2 tần số. Các rơ le phải dự đoán chính xác thời điểm góc pha bằng 0, biết trước thời gian đóng của máy cắt, và phải cho ra tín hiệu đóng MC trước thời điểm đồng bộ bằng đúng thời gian đó. Thường khoảng dưới 100 ms đến vài trăm ms. II.CÁC BIỆN PHÁP ĐỂ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN ĐỒNG BỘ Các điều kiện về điện áp và điều kiện về tần số, có thể kiểm tra bằng các dụng cụ đo trực tiếp như Vôn kế, Tần số kế. Nhưng các điều kiện về pha: thứ tự pha và đồng vị pha (góc lệch pha) cần phải kiểm tra nghiêm ngặt hơn 1. Đồng vị pha trong máy phát Đối với máy phát được hòa đồng bộ vào hệ thống lưới, điều kiện tiên quyết là thứ tự pha phải hoàn toàn chính xác. Như vậy chỉ cần 1 pha của Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 11 máy phát có góc lệch so với pha tương ứng của lưới = 0 thì đã đạt điều kiện về đồng vị pha. .Trong trường hợp này, đồng vị pha sẽ được xác định khi máy phát đã quay đến đủ tốc độ định mức và điện áp cũng đạt đến giá trị định mức. Khi đó, do tần số của máy phát và tần số của lưới thường luôn dao động trong phạm vi nhỏ, nên rất khó bằng nhau trong một thời gian dài, mà sẽ có sai lệch nhỏ. Với sự khác biệt về tần số như thế, nên góc lệch pha giữa hai máy sẽ thay đổi liên tục. Ö Vì thế các thao tác đóng máy cắt điện để hòa đồng bộ vào lưới rất có nhiều rủi ro không đúng góc pha. Khi đóng máy cắt ở trạng thái góc pha không đúng, dòng điện máy phát sẽ rất lớn và có dạng xung. Momen điện từ trong máy phát cũng thay đổi đột ngột, rất dễ gây hư hỏng cho máy và gây mất ổn định cho lưới. Để bảo đảm đồng vị pha, ngoài việc dùng các hệ thống đo lường chính xác, trên mạch điều khiển máy cắt cần có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai 2. Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới Đối với các hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay khi thiết kế. Tuy nhiên do những sai lệch về điện áp giáng trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, do phối hợp các tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân bố tải trước khi đóng, nên góc pha giữa 2 đầu máy cắt có thể khác 0. Nhưng thường là ít thay đổi trong thời gian ngắn. Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng gì lớn, ngoại trừ một vài điểm nào đó có khả năng quá tải. Đối với một số vùng liên kết với hệ thống lưới bằng 1 đường duy nhất, hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại, góc pha sẽ không còn 0 nữa. Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì 2 tần số lúc ấy sẽ không còn bằng nhau. Đóng máy cắt lúc đó phải đầy đủ các điều kiện Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 12 về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện. Và thường rất khó, khó hơn hòa đồng bộ máy phát. Vì muốn thay đổi tần số của một trong 2 hệ thì không thể tác động tại chỗ được, mà phải liên hệ từ xa. Để bảo đảm đồng vị pha, trên mạch điều khiển các máy cắt ấy phải có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai. + Đối với trường hợp thứ nhất, rơ le có thể chỉnh định với khoảng cho phép khá rộng: góc pha có thể sai từ 5 đến 10 độ, điện áp cho phép sai từ 5 đến 10%. + Đối với trường hợp thứ hai, thì yêu cầu sẽ nghiêm ngặt hơn. III. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM TRA: 1. Kiểm tra thứ tự pha Đầu tiên, phải bảo đảm cả hai phía đều đúng thứ tự pha. Có thể kiểm tra thứ tự pha bằng các cách như sau: 1/. Dùng đồng hồ đo thứ tự pha. 2/. Kiểm chiều quay của 1 động cơ trên thanh cái khi dùng điện lưới. Sau đó mở điện lưới ra, đóng điện máy phát vào, và kiểm lại thứ tự pha. 3/. Dùng 2 volt kế đo và so sánh khi chưa hòa đồng bộ (Dùng volt kế kim). Một cái đo giữa pha A của máy và pha A của lưới. Cái còn lại đo lần lượt giữa B máy và B lưới, rồi đến C máy và C lưới. Khi máy chạy, các đồng hồ này sẽ thay đổi từ 0 đến 2 lần Upha đm. Nhưng điều kiện bắt buộc là chúng phải tăng và giảm đồng thời. Thật chính xác là phải tăng lên max cùng lúc, và giảm xuống 0 cùng lúc. Khi đó thì hai đầu cầu dao sẽ đúng thứ tự pha với nhau. Trong trường hợp không đồng thời, bạn thử đổi lại: Một đồng hồ vẫn đo A và A. Đồng hồ còn lại đo B máy và C lưới, hoặc C máy và B lưới. Nếu trong trường hợp này nó lại lên xuống đồng đều, thì chắc chắn là ngược thứ tự pha hai đầu. Sau khi kiểm tra đúng thứ tự pha, có thể đấu nối chắc chắn mạch nhất thứ, và không phải lo lắng gì về thứ tự pha sau này nữa. Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 13 2. Kiểm tra điện áp Việc này thì đơn giản, chỉ cần 2 đồng hồ Volt lắp ở hai đầu. Tuy nhiên có thể dùng một đồng hồ volt đo giữa pha a của máy và pha A của lưới. Khi điện thế xuống thấp nhất ứng với góc lệch pha = 0. Nếu điện thế 2 đầu bằng nhau thì sẽ xuống đến 0V. Nếu có sai biệt thì sẽ khác 0V. 3. Kiểm tra tần số Thông thường tần số máy và lưới đều có đồng hồ đo. Nhưng để biết được chính xác 2 tần số lệch nhau bao nhiêu thì không thể dựa và 2 đồng hồ đó được. Người ta có thể xác định độ lệch tần số bằng nhiều cách: 1/. Dựa vào đồng bộ kế. Đồng bộ kế thực chất là một đồng hồ đo góc lệch pha giữa 2 nguồn điện. Nếu 2 tần số hoàn toàn bằng nhau thì kim sẽ đứng yên. Vì góc lệch pha sẽ cố định. Nếu có lệch tần số thì kim sẽ chuyển động. Tùy vào độ lệch tần số bao nhiêu, mà kim sẽ chuyển động nhanh hay chậm. Giả sử 2 tần số lệch nhau 1Hz, thì kim sẽ quay 1 vòng hết 1 giây. (Tần số phách =1 Hz) Nếu tốc độ máy cao, tần số máy cao hơn tần số lưới, thì kim sẽ quay theo chiều kim đồng hồ. Nếu tần số máy thấp hơn, kim sẽ quay ngược lại. 2/. Dựa vào đèn. Nhìn vào tốc độ sáng tắt của đèn, mà biết được độ lệch tần số. Tuy nhiên, cách này không cho thấy tần số nào cao hơn. Bạn có thể đoán biết tần số nào cao hơn bằng cách nhìn đáp ứng của đèn theo thao tác.Tăng hay giảm tần số của máy thế nào cho tốc độ sáng tắt đèn càng thấp thì càng đưa tần số lại gần nhau. Tốt nhất là điều chỉnh sao cho tần số phách khoảng 0,2 đến 0,1 Hz, nghĩa là tốc độ chớp đèn từ 5 đến 10 giây. 3/. Dựa vào hiệu ứng hoạt nghiệm. Đây là kinh nghiệm khi hòa đồng bộ ngay trên máy. Điện lưới cấp cho đèn neon (ngày xưa thường hay có đèn stroboscope cầm tay). Nếu Đồ án Cung Cấp Điện GVHD: Dương Ngọc Hùng SVTH: Trần Minh Hưng Quốc Trang 14 không có thì dùng đèn huỳnh quang hoặc đèn thủy ngân. Khi đèn này chiếu vào một trục quay, sẽ có cảm giác trục đó quay chậm hơn, hoặc đứng nguyên, hoặc quay theo chiều ngược lại. Tùy thuộc vào độ lệch tần số lưới và tốc độ máy. Khi độ lệch tần số= 0 thì thấy có vẻ như trục đang đứng yên. Tần số máy thấp hơn thì có vẻ như trục quay ngược chiều. Tần số máy cao hơn thì có vẻ như trục quay thuận chiều. Tuy nhiên đây chỉ là kinh nghiệm, và không khuyến khích sử dụng, do các vấn đề về bảo hộ lao động 4. Kiểm tra góc lệch pha. Góc lệch pha có thể nhận biết bằng: 1/. Vị trí kim của đồng bộ kế. Khi ki