Nghiên cứu, khảo sát hệ thống điều tốc turbine Nhà máy thuỷ điện Ialy

m; + Đường kính piston : 500mm. - Van trượt chính: + Hành trình dịch chuyển: ±15mm; + Đường piston thuỷ lực: 100mm - Van servo solenol điều khiển Các cơ cấu trên liên kết với nhau theo sơ đồ hình 2-14, sự liên kết này tạo cho cơ cấu đối tượng điều chỉnh tạo thành một hệ thống có hàm truyền là các khâu tỷ lệ-vi-tích phân, trong đó: - Van servo solenoil điều khiển là khâu có hàm truyền dạng tỉ lệ-vi phân G(s) = Kn.(Tn.s+1), với Tn là hằng số thời gian dịch chuyển con trượt phân phối. - Van trượt chính liên kết với servomotor tạo thành khâu tỉ lệ-tích phân có hàm truyền dạng G(s) = KI/s.TI, với TI là hằng số thời gian dịch chuyển của van trượt chính - Sự liên kết giữa servomotor và vành điều chỉnh cánh hướng thông qua tay đòn tạo thành khâu tỷ lệ với hàm truyền G(s) = Kp. Để đáp ứng theo quy luật điều chỉnh của đối tượng điều chỉnh, khâu hiệu chỉnh (điều tốc điện) đã tạo ra các thuật toán điều khiển phù hợp với các yêu cầu trên như sau. IV.1 Bộ đặt tần số quay (hình 3.17) Bộ đặt tần số quay dùng để duy trì và thay đổi đại lượng giá trị đặt tần số fref, thông qua giá trị tần số đo được của máy phát hiện thời fgen., Độ lệch nhận được từ ∆f =(fgen-fref) là sai số của điều chỉnh, và được đưa đến đầu vào của bộ hình thành qui luật ổn định tần số. Ngoài ra trong bộ đặt tần số có đặt các bộ so sánh đánh giá tần số quay, thực hiện chức năng bảo vệ các thiết bị ở các chế độ của bộ điều chỉnh ở chế độ độc lập. Các bộ so sánh này thực hiện việc chuyển đổi bộ điều chỉnh chuyển sang chế độ điều chỉnh tần số từ các chế độ điều khiển công suất (hay nhóm) khi thông số DW1111=1 và khi tần số vượt quá ngưỡng đặt xác định bởi thông số DW1106 và DW1107 (giới hạn trên và giới hạn dưới của dải tần số ở chế độ điều khiển công suất và chế độ điều khiển nhóm). Phần tử tích phân là phần chính của bộ đặt, nó có thể thay đổi như ở chế độ tổng các gia số (“Tăng - giảm” tần số), cũng như trong trường hợp chuyển đổi từ chế độ này đến chế độ khác (ví dụ khi chuyển đổi từ chế độ “tần số đến chế độ “Không tải”, điểm đặt được tự động thiết lập giá trị tương ứng với tần số 50Hz). * Các chức năng chính của bộ đặt trước là: Theo dõi tần số lưới fnet. Thực hiện ở chế độ duy trì đồng bộ với lưới với độ trượt cho trước; Thiết lập tần số máy phát fgen đến giá trị 50Hz ở chế độ vận hành không tải với độ trượt là “OFF. Làm việc ở chế độ tổng các gia số khi thay đổi bằng tay bởi các khoá điều khiển hay từ bộ hoà đồng bộ tự động. Dải của bộ đặt trước tần số xác định bởi các giá trị DW1103 và DW1104, còn tốc độ thay đổi xác định bởi DW1109. Khi đóng vào chế độ tự động điều chỉnh (DW1110=1), bộ đặt trước tần số lệnh “Tăng-Giảm” không thực hiện, còn giá trị đặt trước tần số bằng tổng tần số lưới và độ trượt (DW1108). Dải mà trong đó cho phép tự động điều chỉnh , được xác định bởi các thông số DW1101 và DW1102 (giới hạn trên và dưới của giá trị độ lệch tần số lưới khi thực hiện bám đuổi theo tần số). Hình 3.17: Bộ đặt tần số quay IV.2 Bộ hình thành qui luật ổn định tần số quay PID (Hình 3.18) Bộ hình thành qui luật ổn định tần số quay được chỉ ra trên hình 3.18, hình thành qui luật PID ổn định theo nguyên lý ba thành phần. Tín hiệu dao động tần số máy phát được xử lý trước trong khối các bộ lọc. Các bộ lọc có tác dụng làm giảm các nhiễu tần số cao (Tf), gây ra các lỗi ngẫu nhiên và tính không đồng bộ các số liệu nhận được lúc khởi động các chương trình điều khiển, cũng như giới hạn phạm vi lấy vi phân của tín hiệu (T1v) trong bộ hình thành qui luật ổn định. Sơ đồ chức năng của bộ hình thành ổn định tần số được thể hiện trên hình 3.18. Hình 3.18: Bộ hình thành qui luật ổn định tần số quay Trong đó: Kp: Hệ số tỉ lệ Td: Hằng số thời gian chống rung (xác định bởi thông số DW19205) Tv: Hằng số thời gian vi phân T1v: Hằng số thời gian kết thúc lấy vi phân a = Tv/Td. Tf: hằng số thời gian của bộ lọc (xác định bởi thông số DW19203) Bp: Hệ số ổn định tĩnh (xác định bởi thông số DW19201) Các thông số hiệu chỉnh được thiết lập trong chương trình điều khiển khi thực hiện thử nghiệm hiệu chỉnh thực tế. Từ sơ đồ khối chức năng của hàm truyền hình 3.18, bằng phương pháp rút gọn hàm truyền ta được như sau: Với Kp = 1/bt và a = Tv/Td, ta được: Chọn các giá trị Td, Tv, T1v và Kp (Kp=1/bt) khi hiệu chỉnh bộ điều chỉnh, có thể biểu diễn hàm truyền chức năng của bộ điều chỉnh tần số Wgov (khi không tính đến bp và hằng số thời gian của bộ lọc đầu vào Tf) như sau: * Kiểm tra tính ổn định của hệ thống Từ sơ đồ hàm truyền của bộ điều chỉnh, thay các thông số hiệu chỉnh trong chương trình: Kp = 2; Td = 8,5; T1v = 0,11; Tv = 0,5, ta được: Phương trình đặc trưng: 1+WGOV = 0 8,75.s2 + 19,435.s + 10,5 = 0 Dùng tiêu chuẩn Routh để đánh giá ổn định, ta thấy các hệ số của phương trình đặc trưng đều cùng dấu và khác không, do đó điều kiện cần thoả. Lập bảng Routh: 8,75 10,5 0 S2 19,435 0 0 S1 10,5 0 0 S0 Từ kết quả bảng Routh, các giá trị ở cột 1 của bảng Routh đều cùng dấu nên nghiệm của phương trình đều nằm bên trái mặt phẳng phức nên thoả mãn điều kiện đủ, vì vậy theo tiêu chuẩn Routh hệ thống ổn định. Trong thực tế vận hành nếu trường hợp dao động tần số trong lưới lớn có thể dẫn đến tình trạng sự cố, bộ điều chỉnh từ mức điều khiển trên chuyển qua chế độ “ Ổn định 2” khi đó các thiết bị điều chỉnh không ghi nhận được các dao động tần số vì ở chế độ này đáp ứng với độ lệch tần số của bộ điều chỉnh thấp hơn nhiều (bp2=50%). * Để có cái nhìn trực quan về sự làm việc của khối ổn định tần số, có thể diển tả bằng sơ đồ khối đơn giản như hình 3.19: Hình 3.19: Sơ đồ khối về sự làm việc của khối PID Độ lệch tần số ∆f trước khi đưa vào bộ ổn định tần số PID được đi qua bộ tạo vùng chết (Deadband) về tần số nhằm giảm sự mài mòn cho các chi tiết cơ khí trong hệ thống thuỷ lực khi phải tác động liên tục khi có sự dao động về tần số (đặc biệt đối với hệ thống kém ổn định). Trong chế độ không tải thì bộ ổn định tần số PID sẽ được thiết lập bởi các thông số điều chỉnh Kp0, Tv0, Td0, T1v0. Mà cho phép đáp ứng ở tần số cho việc hoà đồng bộ, lúc này Bp=0 do đó khi có độ lệch ∆f nhỏ, bộ BEP sẽ tác động dịch chuyển servomotor cánh hướng để sao cho ∆f =0. Chế độ này gọi là tĩnh (bộ điều tần tĩnh). Trong chế độ điều chỉnh tần số thì các thông số điều chỉnh được thiết lập là Kp1, Tv1, Td1, T1v1, độ ổn định tĩnh (Bp) được xác định bởi thông số DW19201 đảm bảo ổn định tần số với các đáp ứng quá độ cũng như sai số xác lập cho phép. Khi ở chế độ tần số thì tín hiệu phản hồi công suất và tín hiệu từ bộ tạo dáng PI cũng bị khoá (BLOCK). * Quan hệ giữa moment và tốc độ turbine theo cột áp có dạng sau: Đặc tính moment và tốc độ theo cột áp * Đặc tính hiệu chỉnh và đặc tính turbine và đồ thị tống hợp của hệ thống có dạng: Từ hàm truyền của bộ điều chỉnh: , ta có các tần số gẫy: ω1=1/Td (rad/s); ω2=1/Tv (rad/s); ω3=1/T1v (rad/s). Trong đó: (1) Dạng của đặc tính turbine (2) Đặc tính của khâu hiệu chỉnh xác định bởi các thông số hiệu chỉnh; (3) Đặc tính tổng hợp của hệ thống. IV.3 Bộ đặt công suất (hình 3.20) Hình 3.20: Bộ đặt trước công suất Bộ đặt công suất, biểu diễn trên hình 3.20, dùng để thay đổi “Tăng-giảm” trị số công suất đặt (khi có tín hiệu phản hồi công suất hữu công của máy phát) hay trị số độ mở đã cho tương ứng với các tín hiệu điều khiển nhóm PJC. Thiết lập tốc độ thay đổi công suất đặt (thời gian thay đổi công suất từ MIN đến MAX và ngược lại ) được xác định bởi thông số DW1202. Đến thành phần chức năng của bộ đặt trước cũng đưa vào sự hình thành độ sai tĩnh tần số/công suất và bộ công nghệ hạn chế dưới, xác định bởi thông số DW1201 khi hòa tổ máy vào lưới (khi DW1208=1) Khi làm việc ở chế độ “công suất” tần số được đưa qua bộ giới hạn giá trị “vùng chết” (DW19206) điều chỉnh theo tần số được đưa vào với độ ổn định tĩnh (DW19202) và gia tăng hằng số thời gian tích phân (DW19205). IV.4 Bộ hình thành quy luật PI điều chỉnh công suất Hình 3.21: Bộ hình thành PI điều chỉnh công suất Bộ hình thành quy luật điều chỉnh công suất PI, biểu diễn trên 3.21 dùng để duy trì công suất tổ máy bằng với giá trị đã cho không phụ thuộc vào dao động của cột nước hay các thay đổi cột áp động xảy ra trong quá trình điều chỉnh. Bộ tạo phản hồi công suất đưa ra qui luật PI điều chỉnh công suất. Bộ phản hồi được tự động đưa vào làm việc khi tổ máy chuyển sang chế độ điều khiển “CÔNG SUẤT”. Trong đó: Kwk: Hệ số thành phần tỷ lệ bù va đập thủy lực (xác định bởi thông số DW1204); Twk = Tw/2; Tw - hằng số thời gian va đập thuỷ lực (xác định bởi thông số DW1203); Pgen – công suất hữu công máy phát; H - cột nước; Y - vị trí servomotor cánh hướng. Trong bộ phản hồi còn có các phần tử bù trừ ảnh hưởng của va đập thủy lực và kênh phản hồi. Bù trừ ảnh hưởng của va đập thuỷ lực xuất hiện trong quá trình di chuyển của servomotor, đảm bảo chất lượng quá trình chuyển tiếp của điều chỉnh, ngoài ra còn ứng dụng kênh điều khiển với chức năng phụ thuộc Y=(P,H) phản ứng nhanh của hệ thống đến tác động điều khiển. Tín hiệu của gia số dP đi đến bộ tổng gia số, ở đây nó được cộng hợp với tín hiệu từ bộ tạo qui luật ổn định tần số quay. * Có thể diển tả đơn giản bằng sơ đồ khối đơn giản như hình 3.22: Hình 3.22: Sơ đồ khối mô tả chức năng của bộ hình thành điều chỉnh công suất Khi làm việc bình thường ở chế độ công suất, kênh phản hồi công suất được đưa vào để đáp ứng với công suất đặt mong muốn. Vì một lý do nào đó mà mất tín hiệu phản hồi công suất từ đầu vào thì logic điều khiển sẽ chuyển sang điều khiển theo kênh độ mở “Yref” với hệ số khuếch đại K=1 (K=dY/dP). Ở chế độ này của bộ điều chỉnh được hạn chế với thông số DW1405 (hạn chế dưới ở chế độ mở không tải). Khi tín hiệu phản hồi công suất được phục hồi, thì logic điều khiển tự động chuyển bộ điều chỉnh sang chế độ điều khiển theo kênh công suất. Quá trình giám sát được thực hiện trong chương trình, quá trình chuyển đổi không có va đập thuỷ lực trong hệ thống. Trong bộ hạn chế xây dựng một đặc tính chuẩn sự phụ thuộc công suất theo giá trị cột áp và độ mở cánh hướng (P=f(H,Y)). Khi cột áp thay đổi thì sự phụ thuộc giữa các thông trên được thực hiện bằng phép nội suy so với đặc tuyến chuẩn. Khi bộ điều chỉnh đang làm việc ở chế độ công suất mà tần số dao động vượt quá ngưỡng đặt của các thông số DW1106 và DW1107 (khi Dw1111=1) thì chương trình sẽ tự động chuyển sang chế độ điều tần. Việc khôi phục lại chế độ điều chỉnh công suất chỉ được thực hiện bởi nhân viên vận hành với điều kiện tần số đã ổn định trong phạm vi xác định bởi thông số DW19207. IV.5 Bộ giới hạn độ mở và công suất * Kênh giới hạn dưới Giá trị giới hạn dưới - phụ thuộc vào tác động của cột nước là giá trị độ mở mà khi đó tần số quay của tổ máy bằng với giới hạn cho phép theo các điều kiện đồng bộ xác định bởi thông số (DW1402-Giới hạn dưới ở chế độ không tải và chế độ điều khiển tần số). Giá trị giới hạn dưới được so sánh với các tín hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh. Độ lệch giữa giá trị giới hạn và đầu ra bộ điều chỉnh gọi là “Nguồn dự trữ đóng”∆(-) Ngoài ra, giá trị cực đại của tín hiệu điều khiển vượt quá tín hiệu phản hồi tương ứng để mở được thiết lập trong kênh hình thành “Nguồn dự trữ đóng”, mà nó không cho phép tín hiệu điều khiển vượt quá khả năng vật lý của sự chuyển động của servomotor HA. * Kênh giới hạn trên Kênh giới hạn trên hình thành “Nguồn dự trữ mở” ∆(+), về nguyên lý tương tự như quá trình hình thành “Nguồn dự trữ đóng”. Khác biệt ở chỗ lựa chọn phức tạp hơn chính giá trị giới hạn trên. Giá trị giới hạn trên là nhỏ nhất từ hai đại lượng: Vị trí của bộ giới hạn điện tử Vị trí của bộ giới hạn cơ (nếu có) Khi được đưa vào làm việc, bộ giới hạn điện tử được chuyển đến các vị trí khác nhau một cách tự động phụ thuộc vào chế độ làm việc của tổ máy, cũng như phụ thuộc vào khóa điều khiển các bộ giới hạn. * Logic điều khiển được chỉ định cho các mức giới hạn sau: - Khi khởi động tổ máy: + Độ mở khởi động đầu tiên ΠO1 xác định bởi thông số DW1403, đại lượng phụ thuộc vào cột nước và hằng số thời gian quán tính của tổ máy, đảm bảo sự gia tốc cho trước của tổ máy khi tăng tốc tổ máy từ trạng thái dừng đến tần số quay gần với đồng bộ (đảm bảo thắng được quán tính của tổ máy và gia tốc). + Độ mở khởi động lần hai ΠO2 xác định bởi thông số DW1404, cũng phụ thuộc vào cột nước, thực hiện khi tổ máy đạt được tần số quay 0,8-0,9 tốc độ định mức. Đại lượng độ mở khởi động lần hai cần đảm bảo tần số quay tổ máy không tải bằng với đại lượng cho phép theo các điều kiện giới hạn hòa đồng bộ. - Ở chế độ phát công suất: + Giới hạn độ mở được thiết lập cũng phụ thuộc vào cột nước và giới hạn công suất tổ máy tương ứng với các đặc tính vận hành. - Khi dừng hay chuyển qua chế độ “CK” (bù đồng bộ) + Giới hạn độ mở được thiết lập để đảm bảo đóng hoàn toàn cánh hướng . - Khi thực hiện lệnh chống sự cố tự động: + Giới hạn độ mở được thiết lập khi thực hiện lệnh “ĐỊNH VỊ ĐIỆN TỬ” Mức giới hạn được thiết lập bằng độ mở hiện tại của cánh hướng (HA). Lệnh đưa đến đầu vào bộ giới hạn được lấy từ hệ thống điều khiển tổ máy. IV.6 Tổng các gia số của các tín hiệu điều khiển (hình 3.23) Tổng các gia số tín hiệu điều khiển được chỉ ra trên hình 3.23. Tổng thành phần của nó đưa vào bộ chọn lớn nhất, bộ chọn nhỏ nhất và bộ tích phân. Hình 3.23: Tổng các gia số tín hiệu điều khiển Tổng các gia số của tín hiệu điều khiển được hình thành từ bộ tạo qui luật ổn định tần số PID (df) và bộ tạo qui luật điều chỉnh công suất PI (dP). Các bộ chọn từ ba đại lượng đi đến, giá trị được chọn là giá trị nằm giữa hai giá trị kia. Trong trường hợp hai trong ba giá trị là bằng nhau thì tín hiệu đầu ra được duy trì tính liên tục của nó. Sơ đồ thực hiện theo nguyên tắc lấy giới hạn trên theo giới hạn dưới. Đầu ra của bộ tổng các tín hiệu điều khiển Yref (YORDER) là tín hiệu lệnh cho hệ thống theo dõi và khuếch đại điện thuỷ lực EGSS. IV.7 Phần điện tử của hệ thống giám sát (bộ BEP-3). EGSS1 và EGSS2 thực hiện theo sơ đồ khối như trên hình 3.24. Mỗi hệ thống có hai mạch phản hồi ngược: Theo vị trí servomotor cánh hướng HA Theo vị trí van trượt chính (MAIN VALVE) S-vị trí EHT (vị trí piston của ngăn kéo chính-MAIN VALVE) Y-vị trí servomotor BOSCH: Van servo solenoil điều khiển Hình 3.24: Khối hệ thống giám sát điều khiển điện thuỷ lực BEP-03 Thuật toán điều khiển nằm trong chương trình bộ điều khiển hệ thống giám sát điện thuỷ lực EGSS. Chương trình của bộ điều khiển đảm bảo hoạt động của hệ thống giám sát với các thông số được lựa chọn (phụ lục 1), các thông số này được đặt nhờ sự trợ giúp của của các chương trình phục vụ được kết nối bên ngoài từ máy tính cá nhân (PC). * Nguyên lý làm việc của bộ BEP-03 Tín hiệu điều khiển từ bộ tổng các gia số tín hiệu điều khiển (hình 2-28) thông qua cổng RS-232 (với mã 12 bit) đi đến đầu vào hệ thống giám sát điện điện thuỷ lực (BEP-03). Tín hiệu này được xử lý bởi bộ vi xử của bộ BEP và sau cùng qua bộ khuếch đại công suất để cấp cho cuộn dây van điều khiển BOSCH (-10V÷ +10V) tương ứng với độ dịch chuyển của van BOSCH là (-100% ÷ 100%) hành trình. Để tăng độ nhạy cho hệ thống thuỷ lực trong tín hiệu điều khiển còn có tín hiệu nguồn tạo rung (U=0,1V và f = 22Hz) để tạo biên độ (0,03÷0,06mm). Khi van BOSCH dịch chuyển sang phải (đi mở) và dịch sang trái (đi đóng), thông qua van Pilot sẽ phân phối lại đường dầu qua van trượt chính tương ứng đưa dầu vào khoang đi mở hoặc đóng servomotor để mở hoặc đóng cánh hướng tương ứng với tín hiệu điều khiển. Khi van trượt chính dịch chuyển, thông qua cảm biến vị trí sẽ tạo tín hiệu phản hồi về vị trí van trượt chính đưa ngược về đầu vào để triệt tiêu tín hiệu điều khiển để đảm bảo đưa van trượt chính về vị trí cân bằng. đồng thời khi servomotor dịch chuyển, thông qua cảm biến vị trí cánh hướng cũng được phản hồi trở lại đầu vào để xác nhận độ mở mong muốn tương ứng với trạng thái cân bằng mới. Tín hiệu đầu ra của các cảm biến vị trí là tín hiệu dòng (4÷20mA) qua bộ chuyển đổi ADC rồi qua các bộ lọc để đảm bảo loại bỏ những xung nhiễu cao tần và tăng độ tin cậy cho tín hiệu. Các thông số hiệu chỉnh của khối vi xử lý điều khiển truyền động điện thủy lực BEP được quy về hệ đơn vị tương đối và được sử dụng để xác định các khái niệm như các hệ số khuếch đại của các mạch khuếch đại và giá trị giới hạn. - Đại lượng tương đối tín hiệu đầu vào: Trong đó С - code thiết lập vị trí servomotor từ PLC được đưa vào đầu vào của hệ thống giám sát. - Đại lượng tương đối vị trí servomotor: Trong đó Y – dòng điện cảm biến vị trí servomotor. - Đại lượng tương đối dịch chuyển của van trượt chính: Trong đó S – sự thay đổi của dòng điện cảm biến van trượt chính phụ thuộc vào sự dịch chuyển của van trượt chính so với vị trí tương ứng với tốc độ chuyển động bằng 0 của servomotor - Đại lượng tương đối tín hiệu điều khiển bộ biến đổi điện cơ: Trong đó U – tín hiệu ra điều khiển đầu ra bộ BEP. Trong hệ đo đối xứng, khoảng thay đổi của các biến số: c→ [ 0 ÷ 1] ; y→ [ 0 ÷ 1] ; s→ [ - 1 ÷ 0 ÷ 1] ; u→ [ - 1 ÷ 0 ÷ 1]. - Thời gian van trượt chính: Đó là một nửa thời gian mà van trượt chính thực hiện hành trình từ vị trí biên này đến vị trí biên khác khi cấp điện áp điều khiển có biên độ tương đối bằng 1 cho cuộn dây của bộ biến đổi điện từ. - Thời gian servomotor: Đó là khoảng thời gian mà servomotor thực hiện trọn vẹn một hành trình khi mà van trượt chính mở hoàn toàn và không có giới hạn với di chuyển của van trượt chính. Hình 3.24 biểu diễn sơ đồ cấu trúc đấu nối các khối của hệ thống giám sát với tủ cơ. Hình vẽ thể hiện các mạch điều khiển khép kín và được dùng để tìm hiểu các đặc tính động lực của hệ thống. Trên hình vẽ chỉ biểu diễn 1 kênh điều khiển, bởi vì các kênh điều khiển đồng nhất hoàn toàn. Thời gian vòng lặp hình thành tín hiệu tác động là 500 ms. Nếu như các tín hiệu đầu vào hệ thống giám sát được định mức hóa như đã nói ở phần trên, còn các hệ số khuếch đại K1 và K2 được xác định như tỷ lệ các mã (code) đầu ra và đầu vào trong hệ tương đối, thì hệ số khuếch đại của mạch trong К2 – УМ – BOSCH – MAIN VALVE – К2 sẽ bằng 1. Hệ số khuếch đại K2 được chọn theo dạng của quá trình chuyển tiếp. Khi thử nghiệm hệ thống giám sát của bộ điều tốc nhà máy Ialy có dùng bộ khuếch đại công suất tương tự PDM (pulse duration modulation-điều biến độ rộng xung) tại mạch ЭГП (bộ biến đổi điện thủy lực), K2 nhỏ hơn 1 và thay đổi trong khoảng từ 0,3 ÷ 0,9, còn K1 thay đổi từ (1 ÷ 16). Hằng số thời gian vi phân tại mạch ЭГП không bị điều chỉnh và gần bằng 6ms. Trong khối điều khiển hệ số K1 thay đổi trong khoảng 0,5÷127, còn K2 – 0,30 ÷ 3,98. Hiệu chỉnh mạch điều khiển trong được đưa đến bài toán chọn hằng số thời gian của bộ định chỉnh Tv và khoảng vi phân Kv để đảm bảo được K2 lớn nhất và quá trình chuyển tiếp chấp nhận được. Vùng thiết lập Tv: 1,7 ÷ 8,0 ms, còn Kv: 0,0÷8,0 ms (khi Kv=1 định chỉnh tần số bị giải trừ). Hiệu chỉnh mạch điều khiển ngoài được đưa đến bài toán chọn (khi cần thiết) hằng số thời gian định chỉnh tần số T1y và khoảng vi phân K1y để đảm bảo được quá trình chuyển tiếp yêu cầu khi K1 nhận giá trị đã tính toán (xác định hằng số thời gian hệ thống giám sát). Giá trị cơ sở của K1y bằng 1 (định chỉnh mạch servomotor được giải trừ). Về khía cạnh chấp hành, quan trọng là các giới hạn hành trình hiệu chỉnh của van trựợt chính phải đảm bảo ngăn ngừa được sự quá tải của bộ khuếch đại khi van trượt chính di chuyển một hành trình lớn và cho phép giữ điện áp đầu ra bằng 0 khi bộ giới hạn cơ tác dụng. Giá trị Smax thay đổi trong khoảng 50 ÷ 110 %, còn Smin thay đổi trong khoảng -50 ÷ -110 %. Khác với hệ thống tương tự, hệ thống hiện hành kiểm tra sự xác thực của các tín hiệu đầu vào bằng cách kiểm tra các tín hiệu này trong các khoảng thay đổi cho phép và tốc độ thay đổi lớn nhất cho phép. Điều này, về cơ bản, liên quan đến tín hiệu cảm biến vị trí của servomotor vì tín hiệu này không thể thay đổi nhanh hơn tốc độ thay đổi lớn nhất đã thiết lập. * Sơ đồ liên kết giữa PLC và bộ BEP-03 như hình 3.25: Hình 3.25: Sơ đồ quan hệ giữa PLC và BEP-03 Hệ thống làm việc theo chế độ dự phòng nóng, một bộ làm việc chính bộ kia làm việc ở chế độ theo dõi. Tín hiệu xung đồng bộ được phát liên tục để kiểm tra sự làm việc lẫn nhau. Nếu mất tín hiệu này trong khoảng 100ms sẽ có tín hiệu báo lổi, nếu mất quá thời gian 2s thì hệ thống coi như mất sự kết nối và chương trình điều khiển sẽ tự động điều khiển chuyển qua kênh dự phòng, bằng việc sao chép tình trạng hiện tại của kênh đang làm việc vì vậy đảm bảo sự duy trì chế độ làm việc trước đó. IV.8 Các thuật toán của thiết bị công nghệ tự động (KR và KG) Các bộ điều khiển PLC1 và PLC2 tạo ra các tín hiệu phục vụ cho tự động điều khiển tổ máy và hệ thống bảo vệ. Để hình thành các tín hiệu logic trong khối “РЧВ”, cũng như trong khối “KHA” sử dụng một loại phương pháp xử lý các tín hiệu analog đầu vào. Sau khi nhận mã từ các thiết bị biến đổi đo lường, tỷ lệ với tần số quay hay độ mở, thực hiện lọc các nhiễu tần số cao (các thông số FFSS- tần số cắt của bộ lọc và FFGS- hệ số suy giảm cho РЧВ, các thông số FFPS và FFGF cho KHA) và đánh giá độ tin cậy các kết quả đo theo tốc độ cho phép đo được của các tín hiệu (theo tần số- LIFSS, theo vị trí HA-LIFPS). Khi xuất hiện lần đầu các dấu hiệu lỗi đầu ra thông tin về thay đổi các thông số điều khiển bị triệt tiêu, nếu trên độ dài của ba nhịp tiến hành khôi phục thông tin đầu vào, thì thông tin nhận được phân loại như nhiễu. Trong truờng hợp ngược lại đưa ra các tín hiệu “Lỗi”. Giá trị của các tín hiệu điều khiển so sánh với các giá trị đặt tác động và tác động các rơ le ra. * Các trị số đặt công nghệ của khối rơ le tần số quay (KR hay SSCD (Speed Switches & Creep Detector). Khối rơ le tần số quay có chức năng nhận tín hiệu tần số đầu vào, gia công xử lý và đưa ra các cấp tốc độ công nghệ phục vụ cho sơ đồ điều khiển và bảo vệ tổ máy, gồm các cấp tốc độ sau: - Tốc độ (4/7)%: Tốc độ tổ máy chỉ thị dừng; - Tốc độ (30/15)%: Tốc độ tổ máy tác động phanh; - Tốc độ 70%/60%: Báo tín hiệu và gửi đến mạch bù đồng bộ tổ máy, dừng tổ máy. - Tốc độ 96%/80%: Báo tín hiệu và gởi đến mạch kích từ ban đầu, cho mạch hòa đồng bộ và cấp cho mạch điều khiển trung tâm. - Tôc độ 95%/92%: Báo tín hiệu và gởi đến mạch liên động báo tổ máy ở chế độ Tuabin, cấp cho hệ thống kích từ (bảo vệ tần số giảm thấp) và cấp cho mạch điều khiển trung tâm. - Tốc độ 111%/110%: Báo tín hiệu và gởi tín hiệu đến mạch liên động bảo vệ lồng tốc tổ máy 115%. - Tốc độ 115%/111%: Báo tín hiệu và cấp cho mạch bẩo vệ lồng tốc tổ máy 115% mà van trượt chính không đóng về. - Tốc độ 130%/115%: Báo tín hiệu và cấp cho mạch bảo vệ lồng tốc tổ máy 130%. * Các trị số đặt công nghệ của khối độ mở cánh hướng: Bộ lệnh (KG hay GVPS (Guide Vane Position Switches). Khối bộ lệnh làm nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi độ mở cánh hướng, xử lý và đưa ra các cấp độ mở công nghệ phục vụ cho sơ đồ tự động điều khiển và bảo vệ tổ máy, gồm các giá trị đặt sau: - Cánh hướng 1%/5%: báo tín hiệu và cấp cho mạch dừng tổ máy, mạch điều khiển van đĩa. - Cánh hướng 18%/15%: báo tín hiệu và mạch báo độ mở cánh hướng ở chế độ không tải, trong mạch liên động giảm công suất khi dừng XD01. - Cánh hướng 50%/45%: báo tín hiệu và cấp cho mạch liên động bảo vệ hư hỏng bộ điều tốc khi khởi động. - Cánh hướng 3%/1%: báo tín hiệu và cấp cho mạch liên động chuyển bộ điều chỉnh vào chế độ bù, mạch liên động báo độ mở cánh hướng máy tính điều khiển trung tâm. - Cánh hướng 3%/1%: báo tín hiệu và cấp cho mạch liên động dừng sự cố tổ máy, khi dừng cấp một mà van trượt chính không đóng về, mạch liên động báo tổ máy ở chế độ dừng. - Cánh hướng 10%/1%: báo tín hiệu và cấp cho mạch liên động định vị tổ máy ở chế độ TuaBin, mạch liên động báo tổ máy ở chế độ bù, báo cánh hướng lớn hơn 0% và nhỏ hơn 0% cho máy trính điều khiển trung tâm. CHƯƠNG IV CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC I . Khởi động tổ máy Khi phát lệnh khởi động tổ máy từ trung tâm điều khiển hay từ tủ điều khiển tổ máy. Tín hiệu lệnh được đưa đến đầu vào bộ điều tốc , bộ vi xử lý bộ điều chỉnh sẽ phát lệnh cấp nguồn để giải phóng cơ cấu khởi động-dừng MΠO sang vị trí “START” đồng thời lệnh khởi động bộ điều chỉnh cũng được thực hiện. Bộ hạn chế điện sẽ tác động mở cánh hướng đến độ mở khởi động 1-SO1 xác định bởi thông số DW1403 (khoảng 30÷40%) phụ thuộc vào cột áp hiện tại. Ví dụ: Chọn mở khởi động lần thứ nhất có thể thực hiện đưa tổ máy tăng tốc đến tần số 80-90% tần số định mức sau thời gian bằng 3Ta, với Ta: là hằng số thời gian tổ máy). Tổ máy bắt đầu quay tốc độ tăng dần, khi tốc độ đạt (80÷90) % tốc độ định mức thì bộ hạn chế ép cánh hướng đến độ mở khởi động 2-SO2 định bởi thông số DW1404, tốc độ tổ máy vươn tới tốc độ đồng bộ và lúc này bộ hạn chế ép cánh hướng đến độ mở không tải (NLO) xác định bởi thông số DW1405 và tổ máy ở chế độ không tải không nối lưới. Đặc tính khởi động trên hình 4.1. Khi phát lệnh hoà đồng bộ, bộ hoà được đưa vào làm việc, tần số máy phát được so sánh với tần số lưới, lúc này lệnh tăng giảm tần số máy phát được lấy từ bộ hoà đồng bộ, đồng thời điện áp máy phát được bám đuổi theo điện áp lưới nhờ bộ điều chỉnh điện áp của hệ thống kích từ. Khi đảm bảo các điều kiện về tần số và điện áp cũng như thời điểm hoà, lệnh đóng máy cắt sẽ được đưa đến cuộn dây đóng của máy cắt, máy cắt đóng vào lưới. Khi máy cắt đóng, tín hiệu phản hồi về vị trí máy cắt đóng được đưa vào bộ điều tốc, logic sẽ hình thành chế độ công suất và lúc này tổ máy sẽ mang một công suất tối thiểu xác định bởi thông số DW1201 (đặt tải sau khởi động). Hình 4.1: Đặc tính khởi động tổ máy - Y, n: Độ mở servomotor cánh hướng và tốc độ tổ máy. - Các thông số độ mở: SO1, SO2, NLO = f(H), thời gian khởi động khoảng 59s, thời gian chuyển đổi độ mở t1=21s. * Quan hệ về độ mở khởi động theo cột áp (hình 4.2): Độ mở khởi động 1: SO1=DW1403/H3/2 (DW1403=0,35) Độ mở khởi động 2: SO2=DW1404/H3/2 (DW1404=0,18) Trong đó: - DW1403 là giá trị đặt độ mở khởi động 1 trong chương trình, - DW1404 là giá trị đặt độ mở khởi động 2 trong chương trình - H là giá trị cột áp thực, tính theo giá trị cột áp định mức là 190m. Khi cột áp thực thay đổi từ giá trị nhỏ nhất (170m) đến giá trị lớn nhất (218m), ta có đặc tính quan hệ độ mở khởi động theo cột áp như sau: Hình 4.2: Đặc tính độ mở khởi động theo cột áp II . Tổ máy làm việc ở chế độ công suất II.1. Chức năng - Biến đổi tức thời công suất phát khi công suất phụ tải thay đổi nhằm mục đích giữ tần số ở giá trị chấp nhận được. - Khi tần số biến đổi, công suất tuabin sẽ biến đổi theo hướng phục hồi tần số ban đầu, sau khi tần số được phục hồi do các điều chỉnh cố định khác trong hệ thống, công suất phát của tuabin lại trở về vị trí ban đầu. - Điều chỉnh công suất chỉ có tính chất tạm thời nhằm khắc phục phần nào sự biến đổi tần số. - Khả năng biến đổi công suất theo tần số hay khả năng ổn định tần số của tuabin được xác định bởi độ dốc của đặc tính điều chỉnh. Độ dốc của đặc tính được định nghĩa bằng biểu thức: K= - : ∆P=P - P ; ∆f=f-f II.2 Chế độ công suất Thực tế, khi máy phát đã nối lưới (tuỳ theo thông số DW19210 được đặt là 0,1,2: tần số , công suất, điều khiển nhóm) mà tổ máy sẽ vào chế độ định trước, ở nhà máy thuỷ điện Ialy chế độ mặc định khi khởi động là chế độ công suất. Lúc này bộ hạn chế điện sẽ mở ra đến vị trí tương ứng phụ thuộc vào giá trị cột áp hiện tại, cho phép tăng giảm công suất đặt của tổ máy đến giá trị cực đại cho phép xác định bởi thông số DW1410 (giới hạn công suất tác dụng của máy phát). Turbine máy phát sẽ làm việc theo đặc tính tĩnh xác định bởi thông số DW19202 (Bp=4%), tổ máy sẽ làm việc theo công suất đặt bằng mạch vòng phản hồi công suất hay độ mở (nếu theo độ mở). Với luật điều chỉnh PI của bộ điều chỉnh tổ máy sẽ làm việc theo công suất đặt trước mong muốn với sai lệch công suất ∆P=0. Khi máy phát làm việc ở chế độ công suất, tần số của hệ thống do các nhà máy điều tần quyết định. Khi có dao động công suất trên lưới, tổ máy chỉ tham gia điều chỉnh sơ cấp theo đặc tính tĩnh. Khi tần số lưới dao động mạnh vượt quá giá trị xác định bởi các thông số DW1106 và DW1107 (giới hạn trên và giới hạn dưới của dải đặt tần số ở chế độ điều khiển công suất và điều khiển nhóm) đồng thời điều kiện logic xác định bởi thông số DW1111=0. Thì cho phép tổ máy chuyển qua chế độ điều chỉnh tần số. Việc phục hồi lại chế độ điều khiển công suất của tổ máy chỉ được thực hiện bởi lệnh thao tác chuyển đổi của nhân viên vận hành. III . Tổ máy làm việc ở chế độ tần số * Quy định các cấp điều chỉnh tần số: Cấp I là điều chỉnh các bộ điều chỉnh công suất của các tổ máy đã được quy định trước để duy trì tần số HTĐ ở mức 50Hz với sự dao động cho phép là ± 0,2 Hz. Cấp II là điều chỉnh các bộ điều chỉnh công suất của các tổ máy đã được quy định trước nhằm đưa tần số HTĐ về giá trị ở mức 50,0Hz ± 0,5Hz; Cấp III là điều chỉnh có sự can thiệp của KSĐH HTĐ để đưa tần số HTĐ ổn định theo quy định hiện hành và đảm bảo phân bổ công suất kinh tế các nhà máy điện. KSĐH HTĐ quốc gia quy định một nhà máy hoặc một nhóm nhà máy làm nhiệm vụ điều tần cấp I. Tất cả các nhà máy điện không làm nhiệm vụ điều tần cấp I phải tham gia vào điều tần cấp II trừ trường hợp có quy định riêng. Khi tần số hệ thống vượt ra ngoài giới hạn 50,0Hz ± 0,5Hz các nhà máy điều tần cấp II sẽ đưa tần số hệ thống về phạm vi 50,0Hz ± 0,5Hz Tần số giảm: Hạn chế phụ tải vượt biểu đồ đã được đăng ký. Tiếp tục giảm thấp dưới 49,5Hz: Áp dụng biện pháp sa thải phụ tải theo “lịch sa thải phụ tải” để ổn định HTĐ và đưa tần số lên 49,5Hz . Giảm thấp dưới 49Hz: 81F sẽ cắt các phụ tải để đưa tần số lớn hơn 49Hz lúc này điều độ HTĐ phải can thiệp để phục hồi tần số. III.1 Chức năng Để giữ cho tần số lưới luôn ở giá trị định mức. Để hiểu rõ về chế độ tần số và cũng để phân biệt rõ sự khác nhau giữa chế độ công suất và chế độ tần số ta hãy bắt đầu từ các khái niệm sau: 1. Đặc tính công suất theo tần số của phụ tải: Hình 4.3: Đặc tính công suất theo tần số của phụ tải - Khi số thiết bị dùng điện ở phụ tải không đổi thì công suất tác dụng do phụ tải tiêu thụ thực tế phụ thuộc vào tần số theo đặc tính công suất theo tần số của phụ tải, gọi là đặc tính tĩnh của phụ tải (hình 4.3). Gọi là đặc tính tĩnh vì nó chỉ đúng với sự biến đổi chậm của tần số. - Khi tần số bằng tần số định mức fđm, công suất yêu cầu của phụ tải bằng công suất thực dùng Ppt0, khi tần số giảm từ fđm xuống f1 thì công suất thực dùng giảm từ Ppt0 xuống Ppt1, do đó đặc tính được vẽ như hình trên. - Khi thay đổi số lượng thiết bị dùng điện, tức là thay đổi công suất yêu cầu của phụ tải ở tần số định mức thì đặc tính tĩnh dịch chuyển lên xuống song song theo tung độ. Ví dụ ở fđm nếu tăng công suất yêu cầu của phụ tải lên ∆P thì sẽ có đặc tính tĩnh số 2 trên hình 4.1. Tóm lại công suất yêu cầu và công suất thực dùng của phụ tải khác nhau, công suất yêu cầu là công suất mà phụ tải sẽ thực sự sử dụng nếu tần số là định mức. Còn công suất thực dùng phụ thuộc tần số. Chỉ ở tần số định mức hai công suất này mới bằng nhau. Công suất thực dùng biến đổi tỷ lệ thuận với tần số. 2. Đặc tính công suất theo tần số của máy phát Quan hệ giữa công suất phát PF và tần số được thể hiện trên hình 4.4a. Các đường thẳng này gọi là đặc tính điều chỉnh tĩnh của turbine. - Nguyên tắc điều chỉnh tốc độ: Khi tần số biến đổi, công suất tuabin sẽ biến đổi theo hướng phục hồi tần số ban đầu. Ví dụ khi tần số giảm từ fđm xuống f1, công suất phát tăng từ PF0 đến PF1. Ta thấy công suất phát tỷ lệ nghịch với tần số. Hình 4.4a: Đặc tính tĩnh Hình 4.4b: Đặc tính phiếm định - Khi công suất đã tăng đến công suất định mức hoặc công suất hạn chế nào đó thì dù tần số có tiếp tục giảm công suất cũng không tăng thêm được nữa. (đoạn thẳng nằm ngang thể hiện trên hình 4.4a). - Để so sánh với chế độ công suất của máy phát: Ta xét hệ thống tối giản gồm một máy phát và một phụ tải. Để xét ta đặt đặc tính của máy phát và đặc tính tĩnh của phụ tải lên cùng một đồ thị (hình 4.4.c). DP DP DP Hình 4.4c: Đặc tính máy phát và phụ tải DP - Giao điểm 0 giữa đặc tính ban đầu của máy phát 1 và đặc tính của phụ tải I ứng với công suất yêu cầu ban đầu Ppt0. Đó là điểm cân bằng công suất xác định chế độ xác lập của hệ thống điện ở tần số định mức. - Bây giờ giả thiết rằng công suất yêu cầu của phụ tải tăng thêm ∆P ( chẳng hạn đóng thêm một số thiết bị dùng điện có công suất yêu cầu là ∆P), ta có đặc tính mới của phụ tải II ứng với Ppt + ∆P . - Phụ tải tăng lên làm cho tần số giảm đi và bộ điều tốc bắt đầu hoạt động tăng công suất phát lên theo đặc tính điều chỉnh. Ở điểm 1 ta có điểm cân bằng công suất mới ứng với tần số f1< fđm. Đây là chế độ điều khiển công suất của máy phát. Sở dĩ tần số bị giảm vì thiết bị điều tốc chỉ có thể tăng thêm lượng công suất ∆PF nhỏ hơn công suất yêu cầu thêm ∆P. Để thích nghi, công suất thực dùng phải giảm đi ∆Ppt . Như vậy quá trình điều chỉnh công suất khác với quá trình điều chỉnh tần số là nó không cho phép phục hồi tần số ban đầu, nó chỉ làm cho tần số nằm trong miền giới hạn cho phép. - Nếu không có điều chỉnh công suất thì tần số sẽ giảm đến f2 ứng với điểm 2 trên hình 4.2c. Trong trường hợp này công suất thực dùng giảm đi một lượng đúng bằng công suất yêu cầu thêm ∆P. - Còn quá trình điều chỉnh tần số là quá trình dịch chuyển đặc tính công suất phát đến đường 2; ở đây tần số fđm được khôi phục, công suất phụ tải yêu cầu thêm ∆P được đáp ứng hoàn toàn. Tổ máy của NMTĐ làm nhiệm vụ điều tần thì bộ điều tốc sẽ có đặc tính điều chỉnh phiếm định như hình 4.2b. Nếu nhiều tổ máy có đặc tính phiếm định thì quá trình điều chỉnh tần số sẽ không ổn định. Vì vậy để mở rộng thêm miền điều chỉnh công suất có thể cho thêm một số tổ máy cùng tham gia điều tần với đặc tính tĩnh, nhưng cần làm sao cho độ biến đổi công suất của các tổ máy này phụ thuộc vào độ biến đổi công suất của tổ máy phiếm định ( gọi là tổ máy chủ đạo). Đối với hệ thống điện nước ta thì chỉ có NMTĐ Hòa Bình và Trị An có các tổ máy làm nhiệm vụ điều tần, còn các máy phát khác có đặt tự động điều chỉnh tốc độ thì chỉ tham gia điều chỉnh tốc độ (Công suất). Khi phụ tải tăng, các nhà máy này tạm thời tăng thêm công suất nhờ điều chỉnh tốc độ. Sau khi quá trình điều tần bắt đầu, tần số tăng lên thì các tổ máy này lại tự động giảm công suất phát. Khi quá trình điều tần kết thúc thì các tổ máy này lại phát công suất như trước khi có sự tăng yêu cầu của phụ tải. Toàn bộ công suất yêu cầu thêm sẽ do nhà máy có điều tần đảm nhiệm. Khi yêu cầu của phụ tải giảm, quá trình xảy ra cũng tương tự, các tổ máy có điều chỉnh tốc độ tạm thời giảm công suất phát để giữ tần số. Sau quá trình điều chỉnh tần số chúng sẽ phát lại như cũ, chỉ tổ máy điều tần giảm công suất để đáp ứng phụ tải. III.2 Tác động bộ điều chỉnh ở chế độ tần số Khi có lệnh chuyển tổ máy sang làm việc ở chế độ tần số từ trung tâm điều khiển hay tủ điều khiển tại chỗ thì logic chương trình điều khiển sẽ tự động xác lập các thông số điều khiển phù hợp với chế độ điều tần, trong trường hợp này có hai vấn đề cần quan tâm: - Khi tổ máy làm việc với lưới độc lập thì việc tăng giảm tần số sẽ làm tăng giảm tần số cũng như công suất phát của tổ máy. Tuỳ theo điểm đặt tần số mà ta có các tần số khác nhau xác định bởi thông số DW1103, DW1104 (giá trị cực đại và cực tiểu của tần số đặt: ±20% fđm). - Khi tổ máy làm việc với hệ thống lớn thì tổ máy sẽ làm việc theo quy luật điều chỉnh PID để ổn định tần số. Lúc này bộ điều chỉnh sẽ làm việc theo mạch vòng phản hồi tần số. Vì công suất tổ máy là vô cùng bé so với hệ thống cho nên tần số của hệ thống cũng là tần số lưới. Việc tăng giảm tần số lúc này cũng chính là tăng giảm công suất phát của tổ máy. Khi có sự dao động tần số trong hệ thống, sẽ hình thành tín hiệu sai lệch tần số ∆f, tín hiệu này sẽ được đưa qua khâu tạo vùng chết xác định bởi thông số DW19206 (nhằm hạn chế sự mài mòn của cơ cấu cơ khí thuỷ lực khi phải tác động điều chỉnh liên tục khi độ ổn định của lưới kém), rồi qua các bộ lọc nhiễu cao tần. Các bộ lọc có tác dụng làm giảm các nhiễu tần số cao (Tf), gây ra các lỗi ngẫu nhiên và tính không đồng bộ các số liệu nhận được lúc khởi động các chương trình điều khiển, cũng như giới hạn phạm vi lấy vi phân của tín hiệu (T1v) trong bộ hình thành qui luật ổn định. Sau đó tín hiệu sẽ qua khâu tạo luật điều chỉnh PID để ổn định tần số. Các thông số trong bộ PID được hiệu chỉnh đảm bảo tốt cho quá trình chuyển tiếp (quá độ) cũng như sai số xác lập. Trong các trường hợp dao động tần số trong lưới lớn có thể dẫn đến tình trạng sự cố, bộ điều chỉnh từ mức điều khiển trên chuyển qua chế độ “ Ổn định 2” khi đó các thiết bị điều chỉnh không ghi nhận được các dao động tần số vì ở chế độ này đáp ứng với độ lệch tần số của bộ điều chỉnh thấp hơn nhiều. IV . Tổ máy làm việc ở chế độ bù đồng bộ IV.1 Chức năng Bù đồng bộ thực chất là máy phát làm việc ở chế độ động cơ với dòng điện kích từ được điều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, nhằm giữ cho điện áp nút phụ tải bằng diện áp nguồn cấp khi máy phát làm việc ở chế độ bù. Chế độ làm việc bình thường của máy bù đồng bộ là chế độ quá kích thích phát công suất điện cảm vào lưới điện hay tiêu thụ công suất điện dung của lưới điện. Ở trường hợp này máy bù có tác dụng như một tụ điện được gọi là máy phát công suất phản kháng. Khi tải của các hộ dùng điện giảm điện áp của lưới tăng thì máy làm việc ở chế độ thiếu kích thích, tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện và gây nên điện áp rơi của đường dây để duy trì điện áp khỏi tăng quá mức quy định. IV.2 Tác động bộ điều chỉnh ở chế độ bù đồng bộ - Khi có lệnh chế độ bù đồng bộ từ trung tâm điều khiển hoặc từ tủ điều khiển tại chỗ đưa đến bộ điều tốc. Bộ điều khiển sẽ tạo logic điều khiển cho bộ điều chỉnh chuyển sang chế độ bù, bộ hạn chế điện sẽ hạn chế đến giới hạn 0%, cánh hướng được ép về độ mở 0%. Khi cánh hướng đóng về 0% khép mạch đưa lệnh chuyển bù đến cột tự động tuabin. - Mạch điều khiển van thổi khí chế độ bù được thiết kế bởi vi mạch điện tử. Để giám sát mức nước trong buồng bánh xe công tác và đưa ra tín hiệu điều khiển đến các van thổi khí nén nước. Sơ đồ thiết kế với 3 cảm biến mức nước. Khi đủ các điều kiện chạy bù từ tổ máy: Máy cắt đầu cực máy phát đóng Có lệnh bù từ tổ máy đến tủ tự động tuabin MEX30 Cánh hướng nước đóng về 0% - Có 3 điều kiện trên từ mạch logic khối bù đưa lệnh đến cuộn điện từ mở van thổi khí nén nước. Khi mức nước nén xuống khỏi mức 2, cảm biến số 2 lật trạng thái đưa tín hiệu vào mạch logic trong khối bù đưa ra lệnh đóng điện cho cuộn dây điện từ đóng van thổi khí. Đồng thời lúc đó từ mạch logic đưa ra lệnh đóng điện cho cuộn dây điện từ mở van thổi khí bổ sung để tiếp tục nén nước xuống khỏi mức 3. Cảm biến số 3 lật trạng thái đưa tín hiệu vào mạch logic xử lý và đưa ra lệnh đóng điện cho cuộn điện từ đóng van thổi khí bổ sung và kết thúc quá trình chuyển bù. - Trong thời gian tổ máy chạy bù nếu lượng khí trong buồng bánh xe công tác bị thất thoát làm mức nước dâng lên qua mức 2, Cảm biến số 2 chuyển đổi trạng thái đưa tín hiệu vào mạch logic xử lý và cho lệnh mở lại van thổi khí bổ sung nén nước xuống khỏi mức 3. - Vì một nguyên nhân nào đó van bổ sung không mở lại và mức nước tiếp tục dâng lên đến mức 1. Cảm biến số 1 lật trạng thái đưa tín hiệu vào mạch logic, sau khi xử lý mạch logic phát tín hiệu báo trước “mức nước cao” tại tủ MEX30 và tổ máy. Đồng thời đưa ra đóng điện mở van thổi khí chính lần 2 cho đến khi mức nước nén khỏi mức 2. Thời gian mở van thổi khí chính khoảng 6s. Việc điều khiển phát hoặc nhận công suất vô công của máy phát bằng cách tăng giảm dòng điện kích từ máy phát ở các chế độ quá kích thích hoặc thiếu kích thích của dòng điện kích từ. Chế độ phát công suất vô công hoặc nhận công suất vô công phụ thuộc vào tình trạng của hệ thống dưới sự điều khiển trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia. V . Chế độ điều khiển nhóm. V.1 Chức năng. - Khi đặt vào chế độ điều khiển nhóm cho công suất hữu dụng và vô công để xác định công suất yêu cầu của nhà máy. Chức năng điều khiển nhóm phân phối công suất yêu cầu tối ưu có hiệu quả giữa các nhà máy cho chế độ điều khiển nhóm. Nhờ đó công suất phát của nhà máy mà không tham gia điều khiển nhóm đã được tính toán. Vận hành xác định với nhà máy làm việc trong chế độ điều khiển nhóm…một nhà máy đặt ở chế độ điều khiển bằng tay thì không hiệu quả cho điều khiển nhóm. Tổng công suất của những nhà máy điều khiển riêng lẻ được trừ ra và công suất còn lại được chia ra giữa các nhà máy. - Sự thay đổi toàn bộ điểm đặt đến vị trí vùng chuyển tiếp, cho phép có thể điều chỉnh thời gian chuyển tiếp, cho điều chỉnh phụ tải mới. - Sự thay đổi của điểm đặt cho mỗi tổ máy xảy ra ở vùng chuyển tiếp, giả sử thời gian chuyển tiếp rút gọn không cần thiết cho sự thay đổi của tổng công suất trong quá trình khởi động của tổ máy. Chỉ những tổ máy có tác dụng bởi đặc tính điều khiển nhóm thì bị ảnh hưởng. - Chức năng điều khiển tự động bù công suất do tải thay đổi trong những máy điều khiển riêng lẻ. - Chức năng điều khiển nhóm ngoài những tham số đối với tổ máy có thể khởi động hay dừng. Nếu một tổ máy có khởi động hay dừng, sau đó tổ máy được chọn theo quyền ưu tiên V.2 Tác động bộ điều chỉnh ở chế độ điều khiển nhóm - Vận hành lựa chọn một tổ máy cho điều khiển nhóm. Bộ điều chỉnh tổ máy đang nhận sự lựa chọn và kiểm tra khả năng hoạt động của tổ máy để làm việc trong chế độ điều khiển nhóm. Với kết quả chắc chắn của việc kiểm tra tổ máy thì có hiệu quả cho điều khiển nhóm và sau đó làm việc trong chế độ điều khiển nhóm. Nếu vận hành hủy bỏ điều khiển nhóm tổ máy sau đó tổ máy sẽ làm việc trong chế độ riêng lẻ. Sẵn sàng dừng trong chế độ điều khiển nhóm: Dừng nhanh hay dừng khẩn cấp tổ máy. Tổ máy trong chế độ điều khiển bằng tay. Thoát khỏi chế độ điều khiển nhóm. Tổ máy có thể lựa chọn hoạt động cho điều khiển nhóm nhưng sự điều khiển tổ máy không cho phép sẵn sàng cho điều khiển nhóm. Trong trường hợp này tổ máy đang làm việc trong chế độ điều khiển riêng lẻ. VI . Chế độ sa thải phụ tải Khi tổ máy làm việc với hệ thống với công suất định mức hoặc một giá trị công suất bất kỳ nào đó mà xảy ra ngắn mạch trên lưới hệ thống, dẫn đến cắt máy cắt 500kV hay máy cắt đầu cực máy phát. Tổ máy mất tải đột ngột, moment cản bằng 0, còn moment tác động của turbine vẫn còn giá trị cũ tương ứng với phụ tải trước đó. Do quán tính của hệ thống nên không thể phản ứng tức thời được, nên moment thừa sẽ tạo ra làm tăng tốc độ của turbine, lúc này bộ phận cảm nhận tốc độ sẽ đo lường được độ lệch cũng như tốc độ gia tăng của tốc độ mà bộ điều chỉnh sẽ tác động đi điều chỉnh đóng cánh hướng với tốc độ nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào độ sai lệch và tốc độ gia tăng của tốc độ của máy phát trong phạm vi cho phép của điều kiện vật lý của các cơ cấu điều chỉnh. Bộ điều chỉnh sẽ điều chỉnh tốc độ tổ máy về tốc độ không tải và tổ máy làm việc ở chế độ không tải không nối lưới. Tổ máy sẽ được nối lưới khi sự cố được khôi phục hoặc có sự điều động của trung tâm điều độ hệ thống điện. * Đồ thị biễu diễn tốc độ và độ mở cánh hướng nước khi tiến hành sa thải phụ tải 100% công suất định mức. VII . Các chế dừng tổ máy VII.1 Dừng máy bình thường Khi có lệnh dừng máy bình thường, bộ điều tốc tiến hành giảm tải bằng cách đóng cánh hướng về độ mở không tải. Khi độ mở cánh hướng đạt độ mở không tải tổ máy được tách khỏi lưới. Hạn chế điện ép cánh hướng về độ mở 0%, cánh hướng đóng hoàn toàn, khi cánh hướng bằng 0%, MΠO trở về tổ máy giảm dần tốc độ, đồng thời đóng van đĩa. Khi tốc độ tổ máy bằng 15% tốc độ định mức, phát lệnh phanh tổ máy, tổ máy dừng hẳn. Trạng thái dừng được xác lập khi tốc độ bằng 0%, độ mở cánh hướng 0%. VII.2 Chế độ đóng nhanh Khi có tín hiệu lớn điều khiển đóng cánh hướng НА, ví dụ trong trường hợp sa thải phụ tải, van trượt chính dịch chuyển với tốc độ tối đa dưới sự kiểm soát của hành trình giới hạn. Nếu vì lý do nào đó van trượt chính không thực hiện việc đóng cánh hướng được, sẽ có tín hiệu dừng nhanh đưa đến cơ cấu khởi động-dừng МПО để chuyển nó qua vị trí “STOP-A”. Khi cơ cấu МПО ở vị trí “STOP-A”, servomotor phụ được tách khỏi van thủy lực tỷ lệ và nối với đường dầu áp lực. Lúc đó van trượt chính dịch chuyển theo hướng đóng hoàn toàn cánh hướng. VII.3 Dừng sự cố tổ máy Dừng sự cố tổ máy trong các trường hợp hư hỏng sau đây: Hư hỏng bộ điều tốc khi khởi động (lệnh khởi động, máy cắt máy phát mở, cánh hướng mở >50%); Hư hỏng bộ điều chỉnh khi ở chế độ tự động; Lồng tốc 115% tốc độ định mức mà van trượt chính không đóng về; Lồng tốc 130% tốc độ định mức có thời gian trì hoãn; Bảo vệ lồng tốc cơ khí tác động (>160% tốc độ định mức); Các bảo vệ từ bảo vệ phần điện. Khi bảo vệ tác động sẽ đưa lệnh đến van trượt sự cố làm cho van trượt sự cố tác động, đưa trực tiếp dầu áp lực từ hệ thống vào khoang đóng của servomotor và thông khoang mở của servomotor với đường dầu xả, không qua van trượt chính. Cánh hướng đóng với tốc độ tối đa cho phép để bảo vệ an toàn cho turbine máy phát. VIII . Các chế độ làm việc đặc biệt của tổ máy VIII.1 Chế độ ổn định 2 Trong các trường hợp dao động tần số trong lưới lớn có thể dẫn đến tình trạng sự cố cho tổ máy, đồng thời nhằm giảm tác động phản ứng liên tục của bộ điều chỉnh ta chủ động chuyển tổ máy sang chế độ “ổn định 2”. Ở chế độ này thông số quyết định sự làm việc của tổ máy là DW19208 (Bp=50%), vì thế các thiết bị điều chỉnh không ghi nhận được các dao động tần số vì ở chế độ này đáp ứng với độ lệch tần số của bộ điều chỉnh thấp hơn nhiều. VIII.2 Chế độ định vị điện tử Đây là chế độ đặc biệt của bộ điều tốc, khi tổ máy đang làm việc ở chế độ công suất với công suất đặt nào đó tương ứng là độ mở Y% nào đó, lúc này bộ hạn chế điện ở giới hạn lớn nhất tương ứng với cột áp hiện tại để cho phép tăng giảm công suất của tổ máy. Khi có lệnh chuyển sang chế độ “Định vị điện tử” thì lập tức bộ giới hạn điện điện tử sẽ hạn chế đến vị trí tương ứng với độ mở hiện tại trước đó (Y%), do đó ta không thể tăng công suất của tổ máy được nữa. Công suất được khống chế ngay tại giá trị công suất trước đó, bất chấp sự dao động của hệ thống. Để phục hồi lại chế độ làm việc trước đó cần có lệnh thao tác của nhân viên vận hành bằng lệnh điều khiển “Phục hồi chế độ”. CHƯƠNG V HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC Trong sự phát triển của khoa học công nghệ các thiết bị điều khiển dù hiện đại đến mấy cũng không thể tối ưu được. Vì vậy trong quá trình thiết kế hệ thống nhà thiết kế luôn tìm cách tối ưu thiết bị điều khiển. Đối với hệ thống điều tốc tại Ialy có các thiết bị điều khiển cần tối ưu như: I . Tối ưu hoá bộ biến đổi điện - thủy lực: I.1 Ưu, nhược điểm của bộ theo dõi khuếch đại điện - thủy lực hiện tại * Ưu điểm Bộ biến đổi điện - thủy lực ngày nay đã được các Nhà thiết kế tối ưu bằng cách xây dựng một vi mạch Vi xử lý, chức năng chính dùng để điều khiển van tỷ lệ và nhận các tín hiệu phản hồi từ hệ thống đưa về (phản hồi vị trí độ mở cánh hướng và vị trí van trượt chính), các tín hiệu này được đo lường, gia công và được xử lý bởi vi mạch trong bộ BEP-03. * Nhược điểm Bộ biến đổi điện - thuỷ lực này không có giao diện với người dùng (Human-Man Interface). I.2 Tối ưu hoá Mục đích của giao diện này nhằm thuận lợi cho người sử dụng có thể theo dõi được độ mở thực tế của Servomotor, của Main value trên màn hình giao diện. Có thể thao tác đặt độ mở ngay trên màn hình khi chuyển Điều tốc sang vị trí điều khiển bằng tay. II . Tối ưu hoá phương pháp điều khiển và giám sát hệ thống điều tốc tại trung tâm Trong giai đoạn hiện nay và trong tương lai, thị trường điện với sự cạnh tranh ngày càng mạnh. Vì vậy việc giảm giá thành sản xuất điện ngày càng đặt ra, cũng như chất lượng và thương hiệu của mỗi Nhà sản xuất cần phải nâng cao để thu hút khách hàng. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc đó ngày càng dễ dàng hơn bằng việc vận hành và đem đến sự tối ưu hơn trong thiết bị. II.1 Ưu, nhược điểm phương pháp điều khiển và giám sát hệ thống điều tốc tại trung tâm * Ưu điểm - Giám sát và điều khiển hệ thống điều tốc từ trung tâm điều khiển; - Giám sát và theo dõi độ mở cánh hướng tại trung tâm điều khiển; - Có khả năng chuẩn đoán các lỗi xảy ra bên trong của hệ thống điều tốc. * Nhược điểm Không theo dõi được sự làm việc của các tín hiệu cảm biến của hệ thống điều tốc; Không theo dõi được trực tuyến sự làm việc của cơ cấu cơ khí thuỷ lực của hệ thống điều tốc. II.2 Tối ưu hoá Các thiết bị điều khiển ngày nay đều có cổng mạng để thực hiện giao tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm. Vì vậy ta có thể dễ dàng thực hiện việc kết nối mạng qua cổng này. Ngoài ra nếu có thể mở rộng ta cũng có thể thực hiện việc sữa chữa, hiệu chỉnh chương trình một cách trực tuyến khi chúng ta ở bất kì một vị trí nào chỉ cần biết Password của chương trình và máy có truy cập internet. Việc theo dõi, giám sát các thiết bị cảm biến của từng cơ cấu cơ khí sẽ được dễ dàng hơn khi chúng ta dùng chương trình thiết kế đồ hoạ 3D (phần mềm Avantech hiện tại, phần mềm WinCC của Siemens, phần mềm Vijeo Designer của hãng Schneider) và vẽ lại một cách thực tế các cơ cấu điều khiển của hệ thống, ứng với các vị trí cảm biến sẽ có các minh họa bằng đèn chỉ thị, khi đó nếu có hư hỏng thì cảm biến sẽ nhanh chóng phát hiện hơn. PHẦN KẾT Qua khảo sát, tìm hiểu hệ thống điều tốc turbine tổ máy Nhà máy thuỷ điện Ialy, ta rút ra những vấn đề sau: Quá trình công nghệ sản xuất điện của nhà máy thuỷ điện; Đặc điểm chủ yếu của nhà máy thuỷ điện so với các loại nhà máy khác; Những ưu, nhược điểm của nhà máy thuỷ điện; Đặc tính điều chỉnh tần số và công suất của tổ máy thuỷ lực; Các chế độ làm việc của hệ thống điều tốc trong hệ thống; Đặc tính động học của các khâu hiệu chỉnh tác động đến hệ thống điều chỉnh; Phương pháp hiệu chỉnh các thông số điều chỉnh để đạt được các đặc tính động và tĩnh của hệ thống điều chỉnh; Việc áp dụng công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm vào hệ thống điều tốc; Những tính năng ưu việt của hệ thống điều tốc hiện tại; Có thể tối ưu hoá và mở rộng hệ thống; Có thể cải tiến các thiết bị tự động trong nhà máy như hệ thống tự động duy trì dầu áp lực MHY, tự động giám sát turbine… dựa trên các thiết bị công nghệ phần cứng và phần mềm hiện tại.