Đề tài Tổng quan về nhà máy thủy điện Ialy

c từ đường hầm (ống dẫn) sang máy dẫn hướng được thực hiện qua buồng xoắn. - Stator: Là thân máy cơ bản Statorr chịu lực tác dụng của buồng xoắn, chịu tải trọng của khối bê tông trên máy và tải trọng các chi tiết turbine đè lên statorr. - Ống hút: Ống hút có tác dụng tăng thêm cột nước sử dụng chính là độ chân không tạo ra sau BXCT, có nghĩa là tăng độ chênh áp lực tác dụng lên mặt BXCT turbine . Tuy nhiên, độ chân không ở mặt sau BXCT bị hạn chế bởi điều kiện xảy ra khí thực turbine . Như vậy nhiệm vụ của ống hút là: - Dẫn nước từ BXCT của turbine xuống hạ lưu với ít tổn thất thuỷ lực nhất - Sử dụng được phần lớn động năng còn lại của nước sau khi ra khỏi BXCT. II . Các bộ phận, hệ thống liên quan II.1 Động cơ trợ động Dùng để đóng mở, điều chỉnh cánh hướng trong quá trình turbine làm việc. Số lượng động cơ: 2 cái, 1 đặt bên trái, 1 đặt bên phải (không đổi lẫn cho nhau được) đặt trong hốc giếng turbine, vỏ động cơ trợ động bắt chặt vào móng, còn cần đẩy lắp vào vành điều chỉnh qua chốt, đường kính piston động cơ 500mm, hành trình piston tính cả độ căng 404mm. Động cơ bên trái có thước đo hành trình và trên cần piston được liên kết với cơ cấu phản hồi độ mở cánh hướng. Trên đường ống dầu áp lực có lắp đồng hồ để đo áp suất khi đóng mở. Ở 2 động cơ đều có lắp van giảm chấn hành trình đóng ở vị trí cuối piston. II.2 Hệ thống điều khiển tự động turbine Hệ thống điều khiển tự động turbine đảm bảo cho turbine hoạt động bình thường mà không cần sự có mặt thường xuyên của nhân viên vận hành. Hệ thống bao gồm: Bộ điều tốc điện thủy lực ЭΓP-MΠ-100-15 Hệ thống dầu áp lực MHY Hệ thống đóng sự cố cánh hướng Hệ thống bảo vệ lồng tốc cơ khí 1 . Bộ điều tốc điện thủy lực Bao gồm: - Panel thiết bị điện PROFI-D Máy phát tốc Cột điều khiển Cơ thủy lực ЭΓP-100-15 Hệ thống phản hồi vị trí cánh hướng - Panel thiết bị điện Trong panel thiết bị điện có lắp ráp thiết bị điện tử, các khối tín hiệu điều khiển cho cột điều khiển điện thủy lực, và một số lượng cần thiết các thiết bị đầu vào và đầu ra của rơ le điện từ, cho phép sử dụng các tín hiệu của hệ thống điều khiển, và chuyển các tín hiệu điều khiển và thông tin vào hệ thống điều khiển. 2 . Hệ thống dầu áp lực MHY MHY được sử dụng để tạo ra nguồn dầu áp lực 40kg/cm2, cung cấp cho hệ thống điều khiển phần cơ khí thuỷ lực của hệ thống điều tốc tổ máy (hình 3.2). 3 . Hệ thống đóng sự cố cánh hướng Hệ thống đóng sự cố cánh hướng dùng cho turbine thủy lực bao gồm: Van trượt sự cố có điều khiển thủy lực, van trực tiếp tác động lên động cơ trợ động cánh hướng về phía đóng để bảo vệ tổ máy trong tình trạng sự cố. * Nguyên lý làm việc: Bình thường trượt sự cố (2) ở vị trí bên phải vì do lực căn lò xo nên kim trượt (4) ở vị trí dưới Þ dầu từ bình MHY vào khoang trái của trượt sự cố ( hai bên đều có áp lực từ bình MHY nhưng do vi sai của 2 đầu piston (2) Þ dành quyền điều khiển từ van trượt chính. Khi có lệnh sự cố khẩn cấp: Từ hệ thống bảo vệ đưa vào cuộn dây điện từ 5 hoặc từ thiết bị chống lồng tốc 160% (con lắc ly tâm). Lúc này trượt (4) đi lên trên làm thông khoang trên của trượt điều khiển (3) và khoang trái của piston (2) với đường xả Þ piston này dịch chuyển sang trái Þ bịt kín đường đóng và mở từ ngăn kéo chính và dầu áp lực từ hệ thống MHY đi thẳng đến khoang đóng servomotor, còn dầu từ khoang mở đổ về bể xả theo đường trên hình 3.2. Từ ngăn kéo chính Bình MHY Về bể xả Mở Đóng Đóng Mở Lò xo kéo Nút giải trừ 5 Từ bình MHY Thiết bị chống lồng tốc cơ khí 1 2 3 4 Xả 1: Trượt sự cố 2: Thân trượt 3: Trượt điều khiển 4: Kim trượt 5: Cuộn dây điện từ Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống van đóng sự cố 4 . Thiết bị chống tăng tốc Thiết bị chống tăng tốc bao gồm bộ ngắt li tâm với van chống tăng tốc tác động lên van trượt sự cố để dừng sự cố tổ máy khi tốc độ vượt quá 160% tốc độ định mức, lúc này bộ ngắt ly tâm sẽ sinh ra động năng đủ lớn thắng được lực cản của lò xo tác động lên van điều khiển chống tăng tốc và cuối cùng tác động đến van trượt sự cố để dừng khẩn cấp tổ máy theo đường như hình 3.2. III . Sơ đồ cơ khí thuỷ lực của điều tốc (hình 3.3) Hình 3.3: Sơ đồ cơ khí thuỷ lực của hệ thống điều tốc III.1 Phần mô tả và hoạt động của tủ 1 . Chức năng Tủ điều khiển là phần cơ thuỷ lực của bộ điều tốc điện thuỷ lực. Phần điện của bộ điều tốc là bảng tủ điện PROFI-EGR-D. Tủ điều khiển được sử dụng cho hoạt động ở chế độ điều khiển turbine thuỷ lực tự động hoặc bằng tay từ sự trợ giúp của các tín hiệu điện tương tự và rời rạc, truyền đến từ panel tủ điện. 2 . Các đặc tính kỹ thuật. 1. Áp suất định mức, МПа (kg/cm2): 4,0 (40) 2. Đường kính van trượt chính, mm: 100 3. Hành trình của van trượt chính, mm: +15 4. Dầu sử dụng hoạt động: Dầu turbine ТΠ- 30 5. Độ tinh cần thiết của bộ lọc dầu, Mkm: 10 6. Nhiệt độ dầu hoạt động, Co: 10-40 7. Điện trở cuộn dây của bộ khuyếch đại thuỷ lực tỷ lệ, kΩ: 100 8. Điện áp điều khiển bộ khuyếch đại thuỷ lực tỷ lệ, V: (-10 ÷ 0 ÷ +10) 9. Điện áp của các nam châm điện điều khiển, bộ khuyếch đại điện thuỷ lực tỷ lệ, bộ điều khiển giám sát điện thuỷ lực của hệ thống, V: 24 3 . Cấu tạo của tủ điều tốc cơ. Cấu tạo của tủ điều tốc cơ bao gồm các bộ phận cơ bản sau đây: - Van trượt chính (Main Valve); - Khối điều khiển - Cơ cấu phản hồi độ mở cánh hướng (Guide Vane Position Sensor); - Bộ lọc dầu thô F (trên sơ đồ: Filter rough cleaning); - Bộ lọc dầu tinh đôi FTO (tiếng nga ФТО; trên sơ đồ: Filter dualthin cleaning). - Phía trước mặt tủ có đặt một khoá giới hạn điện tử độ mở cánh hướng của tổ máy. Ngoài ra, trước mặt tủ có đặt các thiết bị đo lường kiểm tra và báo hiệu cần thiết sau đây để giám sát hoạt động của tổ máy và tủ điều tốc: Tốc kế điện, hiển thị tần số quay của tổ máy. Đồng hồ hiển thị độ mở cánh hướng. Dụng cụ cân bằng, hiển thị giá trị và cực tính điện áp điều khiển bộ khuyếch đại thuỷ lực tỷ lệ. Đèn tín hiệu vị trí bộ hãm của servomotor cánh hướng. Các đường ống dẫn dầu được nối với tủ từ phía dưới. IV . Cơ cấu thiết bị của tủ điều khiển. Phần mô tả được thưc hiện theo sơ đồ nguyên lý thuỷ lực hình 3.3. Các thành phần của sơ đồ được biểu hiện tại vị trí tương ứng với chế độ làm việc được xác lập trong quá trình điều khiển tự động. IV.1 Khối điều khiển. Khối điều khiển bao gồm: - Van thuỷ lực tỷ lệ ПГР hay còn gọi bộ biến đổi điện - thuỷ lực EHT (trong sơ đồ: Servo solenoid valve); - Cơ cấu khởi động - dừng МПО (hay SSV: Start-Stop Valve); - Van điều khiển bằng tay (Manual Control Valve). Van thuỷ lực tỷ lệ ПГР biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành dòng dầu tỷ lệ cung cấp cho servomotor phụ trợ của van trượt chính. Khối điều khiển của hệ thống giám sát điện thuỷ lực điều khiển van thuỷ lực tỷ lệ ПГР với điện áp điều khiển 0+10V và điện áp nguồn cấp là 24V. Khi không có tín hiệu điều khiển, dưới tác động của lò xo, van thuỷ lực tỷ lệ ПГР được xác lập tại vị trí mà tất cả các ống dẫn dầu của nó được đóng lại. Cơ cấu khởi động - dừng МПО thực hiện khởi động tổ máy ở chế độ tự động, đồng thời dừng nhanh tổ máy. Việc chuyển đổi vị trí “khởi động/dừng” (tương ứng với vị trí “B”/“A”) của cơ cấu МПО được thực hiện bằng việc đóng/cắt dòng điện một chiều 24V qua một nam châm điện. Khi có điện áp 24V, cơ cấu МПО dịch chuyển sang vị trí “B”. Khi mất điện áp này, cơ cấu sẽ trở về vị trí “A” dưới tác động của lò xo đàn hồi. Cơ cấu khởi động - dừng có lắp đặt cảm biến vị trí theo nguyên lý cảm ứng. Ở vị trí “B”, cơ cấu khởi động - dừng thực hiện nối ống dẫn dầu điều khiển từ bộ biến đổi điện thủy lực đến khoang điều khiển servomotor phụ (Pilot Valve). Ở vị trí “A”, cơ cấu МПО thực hiện kết nối khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve) với đường ống cấp dầu áp lực, làm van trượt chính được dịch chuyển xuống phía dưới. Khi dịch chuyển xuống dưới, van trượt chính thông đường dầu đến khoang đóng servomotor để đóng hoàn toàn cánh hướng. Van điều khiển bằng tay (Manual Control Valve) là cơ cấu phân phối thuỷ lực có cần gạt điều khiển (có tác dụng khi tay gạt của van 16 ở vị trí “M”). Van điều khiển bằng tay có 1 vị trí trung gian và 2 vị trí điều khiển. Ở vị trí điều khiển “A”, van thực hiện nối đường dầu xả với khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve), do đó làm van trượt chính dịch chuyển mở cánh hướng. Ở vị trị điều khiển “B”, nó thực hiện kết nối khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve) với đường ống cấp dầu áp lực. Lúc đó, van trượt chính dịch chuyển xuống phía dưới làm thông dầu áp lực vào khoang đóng của servomotor để đóng cánh hướng. IV.2 Van trượt chính (Main Valve) Van chính là cơ cấu phân phối thuỷ lực có kết cấu liên kết với servomotor phụ (hay còn gọi Pilot Valve). Dưới tác dụng vi sai của các đĩa van, lực hướng lên phía trên được cân bằng với lực của piston servomotor phụ (Pilot Valve). Lượng dầu đi qua van chính chuyển đến servomotor cánh hướng phụ thuộc vào độ dịch chuyển của van trượt chính so với vị trí cân bằng. Thời gian đóng mở các servomotor cánh hướng có thể được điều chỉnh bởi các đai ốc đặc biệt. IV.3 Cơ cấu phản hồi van trượt chính (Main Valve) Tín hiệu phản hồi vị trí van trượt chính được thực hiện theo nguyên lý điện và được hình thành từ hai cảm biến tịnh tiến thẳng. * Cảm biến vị trí ngăn kéo chính họ DTA-5D-SA Những cảm biến nhạy cảm với độ dịch chuyển, sử dụng nguyên tắc LVDT (máy biến áp vi phân tuyến tính) gồm một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn dây thứ cấp và lõi từ di chuyển chung. Nguồn kích thích tạo dao động được cấp cho cuộn dây sơ cấp với tần số không đổi. Dòng điện cảm ứng trong hai cuộn dây thứ cấp có biên độ phụ thuộc vào vị trí của lõi từ. Một sự dịch chuyển của lõi từ sẽ làm xuất hiện một điện áp cao ở cuộn thứ cấp này sẽ làm xuất hiện một điện áp thấp ở cuộn thứ cấp thứ hai, độ lớn của sự sai lệch điện áp giữa hai cuộn dây thứ cấp tỷ lệ với sự dịch chuyển. Cảm biến dịch chuyển làm việc với piston di chuyển tự do không có liên hệ nào về mặt cơ khí với thân cảm biến. Piston được định vị với đối tượng dịch chuyển thông qua thanh ray và giá đở. * Hình mô tả về cảm biến như sau: * Đặc tính làm việc của cảm biến: * Thông số kỹ thuật Kiểu: DTA-5D-SA; Dải tuyến tính: ±5mm; Kết nối điện: SA (hộp đấu nối); Độ tuyến tính 5%; Tần số nguồn kích từ: 5kHz; Biên độ nguồn kích từ: 5V; Độ nhạy cảm (Sensitivity mV/Vmm): 53; Dải nhiệt độ làm việc: -20 ÷ 80oC; Dòng đầu ra (4 ÷ 20)mA. IV.4 Bộ lọc thô Ф (Filter rough cleaning). Bộ lộc dầu thô sử dụng để làm sạch dầu áp lực cấp cho các cơ cấu lắp đặt trong tủ điều tốc cơ. Bộ lọc dầu được chế tạo kép gồm hai phần tử lọc độc lập. Cấu tạo các phần tử lọc gồm các tấm lưới và đảm bảo độ tinh của bộ lọc dầu 70 micron. Trên đầu cần gạt của bộ lọc có hai mũi tên: Mũi tên lớn có dòng chữ “Work” (làm việc) và mũi tên nhỏ với dòng chữ “Washing” (súc rửa). Mũi tên lớn có gắn nhãn đỏ trên nắp của nó cho biết phần tử lọc đó đang làm việc. Kết cấu bộ lọc cho phép súc rửa phần tử lọc đang dự phòng của bộ lọc khi tủ điều tốc cơ đang làm việc mà không cần lấy chúng ra khỏi bộ lọc. IV.5 Bộ lọc dầu tinh kép FTO (trên sơ đồ: Filter dualthin cleaning) Bộ lọc dầu tinh kép FTO dùng để làm sạch dầu áp lực dẫn đến các cơ cấu trong tủ điều tốc cơ. Bộ lọc dầu tinh kép FTO được chế tạo kép, gồm hai phần tử lọc độc lập. Những phần tử lọc kim loại đảm bảo độ tinh đến 10 µm. Dầu áp lực từ nguồn cung cấp được dẫn vào một trong hai phần tử lọc của bộ lọc dầu tinh kép FTO. Các phần tử lọc có thể tái sử dụng và hoán đổi lẫn nhau. Việc làm sạch các phần tử lọc được thực hiện trong buồng siêu âm. Nếu không sử dụng các phần tử lọc tái sử dụng này thì có thể dùng các phần tử lọc sử dụng một lần. Việc thay thế những phần tử lọc được thực hiện sau khi đã khoá các đường ống dầu áp lực bằng cách quay cần gạt. Độ bẩn của các phần tử lọc được kiểm tra bằng các cảm biến. Khi áp lực dầu qua bộ lọc suy giảm 0.25MPа (2,5 kgf/cm2) thì sẽ kích hoạt cảm biến áp lực điện hoạt động. V . Hoạt động của tủ điều khiển. Tủ điều khiển đảm bảo thực hiện các chế độ làm việc sau đây: V.1 Khởi động máy. Vị trí các cơ cấu và các bộ phận riêng lẻ trước khi khởi động tổ máy như sau: - Van bi của tủ điều tốc cơ ở vị trí mở; - Tay gạt của van 16 ở vị trí tự động “A”; - Cơ cấu khởi động-dừng МПО ở vị trí tận cùng bên trái (vị trí “A”); - Van trượt chính dịch chuyển về hướng đóng cánh hướng; - Đồng hồ chỉ báo độ mở cánh hướng ở vị trí 0%; - Chốt servomotor cánh hướng được tháo (đèn H2 (màu xanh) trên tủ MEX20 sáng). Khi có tín hiệu khởi động, cơ cấu khởi động - dừng МПО dịch chuyển sang vị trí tận cùng bên phải (vị trí “B”) và nối bộ khuyếch đại điện thuỷ lực với khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve). Nhờ tín hiệu điện đưa đến bộ khuyếch đại điện thuỷ lực (ở chế độ tự động) hoặc khoá điều khiển trên tủ điều tốc cơ, cánh hướng mở đến độ mở khởi động. Khi tốc độ tổ máy đạt gần đến tốc độ định mức, điều chỉnh độ mở cánh hướng đến độ mở không tải và hoà đồng bộ tổ máy vào lưới. Khả năng mang tải tối đa của tổ máy phụ thuộc cột nước tại thời điểm vận hành. V.2 Dừng tổ máy Khi có tín hiệu dừng tổ máy bình thường, bộ điều chỉnh đóng cánh hướng để giảm tải tổ máy. Khi cánh hướng đạt độ mở không tải, tổ máy được tách khỏi lưới và cơ cấu khởi động - dừng МПО chuyển qua vị trí “A”, nối khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve) với đường dầu áp lực. Van trượt chính chuyển về hướng đóng hoàn toàn cánh hướng dừng tổ máy. Tủ điều tốc cơ được điều khiển từ tủ điều tốc điện theo cấu trúc mạch điều chỉnh khép kín theo vị trí nhờ cảm biến phản hồi độ mở cánh hướng. Khi tổ máy dừng bình thường, cơ cấu khởi động - dừng МПО xác lập ở vị trí “A”, khi đó khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve) của van trượt chính được nối với đường dầu áp lực làm van trượt chính dịch chuyển thông đường dầu đóng cánh hướng và duy trì trạng thái đóng cho đến lần khởi động tổ máy tiếp theo. V.3 Chế độ điều khiển tay với sự trợ giúp của van điều khiển tay. Chế độ điều khiển bằng tay thực hiện được khi bộ tay gạt của van chuyển đường dầu điều khiển tự động - bằng tay 16 tại tủ MEX20 nằm ở vị trí bằng tay “M”. Để mở cánh hướng, quay tay quay của van điều khiển bằng tay sang vị trí “A”, lúc đó khoang điều khiển của servomotor phụ thông với bình dầu xả, và van trượt chính dịch chuyển theo hướng mở cánh hướng. Để đóng cánh hướng, quay tay quay của van điều khiển bằng tay sang vị trí “B”, lúc đó khoang điều khiển của servomotor phụ (Pilot Valve) nối với đường dầu áp lực và điều khiển van trượt chính dịch chuyển theo hướng đóng hoàn toàn cánh hướng. V.4 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 “A”. Khi cơ cấu МПО ở vị trí “A”, servomotor phụ được tách khỏi van thủy lực tỷ lệ và nối với đường dầu áp lực. Lúc đó van trượt chính dịch dịch chuyển theo hướng đóng hoàn toàn cánh hướng. B. CẤU TRÚC PHẦN ĐIỆN I . Cơ sở thiết kế bộ điều tốc Một máy phát điện có hai chế độ làm việc khác nhau, đó là: + Máy phát làm việc trong lưới độc lập, tức là lưới chỉ do công suất của tổ máy này cung cấp. + Máy phát làm việc trong hệ thống, trong trường hợp này công suất của hệ thống do nhiều máy cung cấp và lớn hơn nhiều công suất của tổ máy đang xét. Trong trường hợp đầu, bộ điều tốc phải duy trì tần số ở giá trị định mức. Trong trường hợp thứ hai, bộ điều tốc phải đảm bảo được điều chỉnh sơ cấp khi tần số lưới lệch khỏi giá trị định mức, còn điều chỉnh thứ cấp được điều khiển từ xa theo lệnh của điều khiển trung tâm (điều độ). I.1 Tổ máy nối vào lưới độc lập Sơ đồ khối của một lưới độc lập đơn giản như hình 3.4: MF Z1 Z2 Hình 3.4: Sơ đồ khối tổ máy làm việc độc lập Trong đó: Z1, Z2 là phụ tải của máy phát Yêu cầu của lưới là khi đóng thêm phụ tải Z2, tần số vẫn giữ ở giá trị định mức. Đặc tính của lưới và của máy phát có dạng như hình 3.5: Hình 3.5: Tổ máy làm việc ở lưới độc lập Trong đó: Đường số 1: Đặc tính phụ tải Z1 Đường số 2: Đặc tính phụ tải Z1 và Z2 Đường số 3: Đặc tính tần số turbine – máy phát Như vậy, ta thấy khi làm việc trong lưới độc lập, đặc tính tần của turbine máy phát phải có dạng phiếm định như đường số 3. Để có được đặc tính đó thì sơ đồ khối của bộ điều tốc như hình 3.6: Hình 3.6: Sơ đồ khối của bộ điều tốc dạng phiếm định Tín hiệu sai lệch (e = fo – f) sẽ quyết định hướng dịch chuyển độ mở của cánh hướng x. Khi hệ thống đã ổn định, e = 0 → f = fo và công suất máy phát cân bằng với công suất tải. Với bộ điều tốc như trên, tần số lưới luôn giữ giá trị định mức. Tuy nhiên, nếu tổng công suất phụ tải lớn hơn công suất cực đại của tổ máy thì bộ điều tốc không còn khả năng điều chỉnh được nữa, lúc này buột phải giảm tải hoặc dừng máy để bảo vệ tổ máy. I.2 Tổ máy làm việc với hệ thống Nếu công suất phụ tải lớn hơn công suất cực đại của một tổ máy thì lúc này để đảm bảo cân bằng công suất của lưới cần phải nối thêm một tổ máy vào lưới. Thực tế, hệ thống điện hiện đại gồm rất nhiều nhà máy và tổ máy làm việc song song nhau. Giả sử cấu trúc của tổ máy thứ hai hoàn toàn giống như tổ máy đầu tiên (đã xét ở trên). Khi hệ thống đã cân bằng, ta có: f = fo P1 + P2 = PR (2-1) Với P1, P2 là công suất phát của tổ máy 1 và 2. PR là tổng công suất phụ tải Từ phương trình trên ta thấy rằng có vô số giá trị của P1 và P2 để thoả mãn phương trình (2-1). Điều này cũng có nghĩa là ta không chủ động đặt được công suất phát cho mỗi tổ máy. Để giải quyết vấn đề này, người ta thiết kế bộ điều tốc có thêm khâu phản hồi công suất theo sơ đồ hình 3.7. Hình 3.7: Sơ đồ khối bộ điều tốc khi làm việc với hệ thống Lúc này ta có: e1 = fo – f e2 = Bp.(Po - P) (2-2) e = e1 + e2 Trong đó: fo : Tần số đặt Po : Công suất đặt Khi hệ thống đã ổn định, e = 0 (fo – f) + Bp.(Po - P) = 0 f = fo + Bp.Po – Bp.P (2-3) Từ phương trình (2-3) ta có đặc tính điều chỉnh của turbine máy phát trong trường hợp này có dạng như hình 3.8. fo P Po2 Po1 f 1 2 Hình 3.8: Đặc tính điều chỉnh của turbine ở dạng tĩnh Đặc tính biểu diễn những điểm làm việc của máy phát ứng với các giá trị khác nhau của tần số. Khi thay đổi công suất đặt từ P01 đến P02, đặc tính sẽ di chuyển từ đường số (1) sang đường số (2). Như vậy, với loại turbine như trên thì hệ thống vẫn ổn định khi f ≠ fo. Từ phương trình (2-3) ta thấy khi f = fo thì P = Po. Từ sơ đồ điều tốc hình (3.7), ta thấy nếu đặt Bp = 0 thì sơ đồ sẽ có dạng như khi làm việc ở lưới độc lập và đặc tính sẽ có dạng phiếm định. Như vậy, ưu điểm của sơ đồ có phản hồi công suất là: + Có thể chủ động đặt được công suất phát cho từng tổ máy. + Tổ máy có thể làm việc ổn định khi tần số lưới khác giá trị định mức. Trong thực tế, khi có nhiều tổ máy nối chung vào hệ thống, người ta có hai phương pháp điều khiển như sau: 1 . Dùng một (hoặc hai nhà máy có đặc tính dạng phiếm định làm nhà máy chủ đạo, các nhà máy khác có đặc tính dạng tĩnh. Khi công suất phụ tải thay đổi, nhà máy chủ đạo tự động thay đổi công suất phát để duy trì tần số luôn ở giá trị định mức, các nhà máy khác giữ nguyên giá trị công suất đặt. Công suất của nhà máy chủ đạo phải rất lớn để đáp ứng với sự thay đổi công suất của phụ tải. Khi có dự báo thay đổi lớn phụ tải người ta chủ động đặt lại công suất của các nhà máy khác gánh bớt phần phụ tải tăng thêm cho nhà máy chủ đạo. Hệ thống này luôn giữ được tần số bằng tần số định mức. 2 . Tất cả các nhà máy của hệ thống đều có đặc tính tĩnh Với hệ thống này, khi phụ tải thay đổi, hệ thống sẽ ổn định ở điểm làm việc mới với f ≠ fđm. Để giữ tần số ở giá trị định mức phải đặt lại công suất các nhà máy theo yêu cầu của điều khiển trung tâm. Hệ điều tốc của nhà máy thuỷ điện Ialy được thiết kế có phản hồi công suất như trường hợp 2. Tuy nhiên hệ số phản hồi Bp có thể chủ động đặt được (từ 0 ÷ 10%), do đó nhà máy này có thể làm việc độc lập hay nối chung vào hệ thống. * Một số ví dụ minh hoạ cho hoạt động của mạch vòng công suất và tần số của hệ thống điều tốc như sau: - Khi tổ máy không được nối vào lưới, công suất phát ra của tổ máy bằng 0. Lúc này chỉ có mạch vòng tần số làm việc. Tần số máy phát phải tăng hay giảm nhanh chóng theo tần số lưới để cho phép hoà tổ máy vào lưới khi khởi động hay sau khi cắt tải. - Khi tổ máy được nối vào lưới có công suất lớn hơn nhiều so với công suất của nó, tần số sẽ do lưới quyết định. Mạch vòng điều chỉnh công suất lúc này cho phép điều chỉnh công suất tổ máy. Khi tổ máy đã làm việc ổn định thì công suất và tần số quan hệ với nhau theo đặc tính tĩnh. - Khi tần số lưới được điều chỉnh chỉ bởi một mình tổ máy phát của nhà máy này (máy phát làm việc trong lưới độc lập). Hệ thống điều tốc làm việc và duy trì công suất tổ máy cân bằng công suất tải. Khi đã ổn định, tần số lưới bằng giá trị tần số đặt và việc điều chỉnh lúc này thuộc dạng phiếm định. II . Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều tốc II.1 Sơ đồ tổng quát Sơ đồ tổng quát bộ điều tốc như hình 3.9. Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống điều tốc Ở các nhà máy thuỷ điện hiện đại việc điều chỉnh tốc độ quay của turbine thuỷ lực được thực hiện bằng bộ điều chỉnh PID gồm hai phần: - Các bộ vi xử lý: Là bộ điều chỉnh PID thực hiện việc điều chỉnh tốc độ cho turbine. Tín hiệu đầu vào là các trạng thái rơ le, tín hiệu từ bộ đồng bộ máy phát, tín hiệu phản hồi công suất, tín hiệu điện áp máy phát, điện áp lưới, tín hiệu cột áp. Tín hiệu ra của các bộ vi xử lý đưa vào hệ thống theo dõi và khuếch đại công suất bằng điện tử để từ đó điều chỉnh các cơ cấu thuỷ lực. - Các bộ theo dõi và khuếch đại công suất: Đây là các bộ điện tử điều khiển trực tiếp các cơ cấu thuỷ lực, cơ khí có liên quan đến điều tốc, nó đảm bảo sự hồi tiếp vị trí của những thiết bị điều khiển cơ khí qua các acturator điện hay thuỷ lực. Sơ đồ cấu trúc cơ bản của bộ điều tốc được mô tả như hình 3.9, bao gồm: Một tầng điều chỉnh: Xử lý các điểm đặt vị trí theo tốc độ tổ máy và điểm đặt mở qua một bộ điều chỉnh PID. - Một tầng công suất: Định vị cơ cấu điều khiển turbine bằng cách dùng một hệ thống thuỷ lực điều khiển (actuator, van phân phối, servomotor). II.2 Hàm truyền của các bộ điều chỉnh hiện đại Hàm truyền của hệ thống bao gồm: Hàm truyền bộ điều chỉnh tần số R(s) Hàm truyền bộ định vị thuỷ lực T(s) Do vậy hàm truyền của hệ thống là: W(s) = R(s) + T(s) 1 . Hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ (ứng với độ dịch chuyển nhỏ) Hình 3.10: Sơ đồ hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ Trong đó: X: Độ lệch tốc độ tương đối Yc: Độ dịch chuyển đến servomotor Tn: Hằng số thời gian vi phân N: Hệ số giới hạn T: Chu kỳ lấy mẫu 1/bt: Hệ số khuếch đại Td: Hằng số thời gian tích phân Bp: Độ giảm tốc thường xuyên Đây là bộ điều chỉnh dạng số, do đó có thêm khâu định hình: Bằng phương pháp rút gọn hàm truyền ta có: Trong đó: Vì chu kỳ lấy mẫu T nhỏ (VCB) nên ta có: Do đó ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh phần liên tục qui đổi là: Khi Bp = 0 chu kỳ lấy mẫu T nhỏ và N → ∞ thì hàm truyền bộ điều chỉnh PID là: (2-6) 2 . Hàm truyền bộ định vị thuỷ lực Hình 3.11: Sơ đồ hàm truyền bộ định vị thuỷ lực Trong đó: Yc: Độ dịch chuyển tương đối đến servomotor (lệnh) Y: Độ dịch chuyển tương đối của servomotor u: Độ dịch chuyển tương đối của van phân phối chính go: Hệ số khuếch đại của actuator Tv: Là thời gian cần thiết cho van phân phối chính thực hiện di chuyển bình thường đến vị trí cân bằng. Tu: Là thời gian cần thiết cho servomotor dịch chuyển tương ứng với độ dịch chuyển của van phân phối chính. Hệ số Tv, Tu phụ thuộc vào: Lực hoạt động Hình dạng van phân phối Độ thay đổi thể tích dầu điều khiển Từ sơ đồ trên bằng cách rút gọn ta tính được hàm truyền của bộ định vị thuỷ lực là: Mẫu số của hàm truyền trên có thể viết dưới dạng: Với: ωo: Là tần số góc tự nhiên ξ: Hệ số suy giảm Hệ số Tv, Ts do nhà thiết kế quy định. Hệ số suy giảm ξ được điều chỉnh bởi As. Để đạt được ξ tới hạn () người ta điều chỉnh As theo phương trình: Do đó hàm truyền của phần cứng thuỷ lực là: Đặt: Khi đó: (2-7) II.3 Sơ đồ bộ điều chỉnh thực tế nhà máy thuỷ điện Ialy Hình 3.12: Sơ đồ khối chức năng hệ thống điều tốc Ialy Ngoài chức năng điều chỉnh tốc độ, bộ điều tốc còn điều chỉnh công suất, điều khiển khởi động tổ máy, đồng thời hạn chế công suất, làm việc ở những chế độ khác nhau v.v…Do vậy sơ đồ đầy đủ của hệ thống điều tốc đã được thiết kế như hình 3.12. 1 . Chức năng Tủ điện PROFI-EGR-D là phần điện tử của bộ điều chỉnh tần số và công suất của turbine thủy lực hướng trục. Tủ cung cấp các lệnh điều khiển mức cao và hình thành các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành của bộ điều tốc, các tín hiệu số của mạch tự động công nghệ và bảo vệ tổ máy thủy lực, cũng như các tín hiệu analog và số cho điều khiển mức trên. Tủ điều khiển PROFI-EGR-D cùng với phần điều tốc cơ đảm bảo thực hiện các chức năng sau: - Tự động khởi động tổ máy và đưa nó đến tần số quay định mức hay đến tần số c