CHUYÊN ĐỀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC


Các nội dung chính trong chun đề
• Nhiệm vụ và các chức năng của Hệ thống Điều tốc trong Nhà
•
•
•
•
•

máy Thủy điện.
Sơ đồ nguyên lý chung của Hệ thống Điều tốc.
Q trình điều chỉnh Tần số và Cơng suất của Hệ thống Điều
tốc.
Các bước Thí nghiệm khi đưa Hệ thống Điều tốc vào làm việc.
Các hư hỏng thường gặp trong q trình vận hành và cách xử
lý.
Mơ phỏng q trình làm việc của bộ theo dõi Điện - Thủy lực
và quá trình điều chỉnh PID


Nhiệm vụ và các chức năng của Hệ thống Điều tốc
trong Nhà máy Thủy điện
1. Nhiệm vụ của Hệ thống điều tốc
• Nếu khơng có điều chỉnh cơng suất do Tuabin phát ra thì dẫn
•
•
•
•
•

đến sự thay đổi tần số của lưới điện quá giới hạn cho phép.
Trong vận hành hệ thống điện qui định độ lệch tần số của lưới
điện ≤ ± 0.2%.
Tần số phụ thuộc vào số vòng quay của Rơto máy phát:
f=60n/p.
Phương trình cơ bản cho sự chuyển động của rôto máy phát:
J.dω/dt=Mq-Mc (1)
Mc phụ thuộc chủ yếu vào phụ tải của máy phát điện Pmf.
Còn Mq phụ thuộc chủ yếu vào công suất của Tuabin Pt.
Mq=Pt/ω=η.Q.H/ω (2) vậy Pt=f(Q,H,η)
Vì vậy điều chỉnh cơng suất Tuabin thực chất là điều chỉnh lưu
lượng nước vào Tuabin bằng cách thay đổi độ mở cánh
hướng. Nhiệm vụ của hệ thống điều tốc là phải cảm nhận
được sự thay đổi này để đảm bảo mang lại một sự cân bằng
cần thiết trong hệ thống.


2. Chức năng của Hệ thống điều tốc
• Tự động khởi động tổ máy và đưa tổ máy đến tần số quay
định mức .
• Ổn định tần số quay khi hoạt động khơng tải và khi có tải
riêng, cả khi song song với các tổ máy khác.
• Đáp ứng cơng suất hữu cơng theo u cầu.
• Hoạt động của tổ máy ở chế độ bù đồng bộ.
• Giới hạn cơng suất hữu cơng của máy phát.
• Điều khiển từ máy tính trung tâm các chế độ: chế độ nhóm,
chế độ bù đồng bộ, chế độ công suất, dừng máy ở chế độ
bình thường, sự cố.
• Tạo các tín hiệu thơng tin và cảnh báo về các hoạt động

của bộ điều chỉnh tại chỗ, gửi lên máy tính điều khiển trung
tâm.


Sơ đồ nguyên lý chung của Hệ thống Điều tốc.


Sơ đồ khối của Hệ thống Điều tốc

Tủ điều khiển
Điều tốc kỹ thuật số

Panel điều khiển

PLC

Điều khiển tay
Bộ khuếch đại cuối
Van trượt điều khiển

Đầu vào nhị phân
Cột nước

Đầu ra nhị phân
I

s

Thiết bị bảo vệ


Thiết bị đo tốc độ
Cảm biến tín hiệu ngược

Servomotor

Cơng suất
Tần số
Điều khiển nhóm


Bộ đo tốc độ
- Có nhiều cách lấy Tốc độ từ máy phát:
Từ máy phát tốc;
Từ cảm biến bánh răng.


Cảm biến tín hiệu ngược
Tủ điều khiển
Bộ điều tốc kỹ thuật số

Panel điều khiển

PLC

Điều khiển tay
Bộ khuếch đại cuối
Van trượt điều khiển

Đầu vào nhị phân


Đầu ra nhị phân
I

s

Thiết bị bảo vệ

Bộ đo tốc độ
Cảm biến tín hiệu ngược

Servomotor

Cơng suất
Tần số
Điều khiển nhóm


Cảm biến Tín hiệu ngược
• Tín hiệu ngược tỉ lệ tuyến tính dùng để xác định vị trí
•

cánh hướng
Thiết bị này được lắp đặt ngay trên servomotor.


Van trượt điều khiển
Tủ điều khiển
Điều tốc kỹ thuật số

Panel điều khiển


PLC

Điều khiển tay
Bộ khuếch đại cuối
Van trượt điều
khiển

Nhị phân đầu vào
Cột nước

Nhị phân đầu ra
I

s

Bộ đo tốc độ
Bộ đo tín hiệu ngược

Thiết bị bảo vệ
Servomotor

Cơng suất
Tần số
Điều khiển nhóm


Các loại van trượt điều khiển
• Van tỉ lệ:


- Có khả năng điều chỉnh vô cấp;
- Điều khiển con trượt di chuyển dọc
người ta sử dụng hai nam châm điện
bố trí đối xứng;
- Nhờ bộ cảm biến vị trí mà vị trí
con trượt điều khiển được chính xác.


Van trượt điều khiển
• Van servo:
- Tương tự như van tỉ lệ có khả năng thay đổi vị trí con trượt một cách vô
cấp với độ nhạy cao;
- Điều khiển con trượt người ta sử dụng một nam châm điện kết hợp với hệ
thống bơm dầu có kết cấu đối xứng.


Bộ khuếch đại đầu cuối
Tủ điều khiển
Điều tốc kỹ thuật số

Panel điều khiển

PLC
Điều khiển tay
Bộ khuếch
đại cuối
Van trượt điều khiển

Đầu vào nhị phân
Cột nước


Đầu ra nhị phân
I

s

Bộ đo tốc độ
Bộ đo tín hiệu ngược

Thiết bị bảo vệ
Servomotor

Cơng suất
Tần số
Điều khiển nhóm


Bộ khuếch đại đầu cuối
• Tín hiệu đầu vào đó là tín hiệu điện 4 - 20 mA. Ở trạng thái bình thường, cường
độ dịng điện là 12 mA. Khi có sai lệch đèn cân bằng sáng + hoặc - .

• Đại lượng mở thực tế chỉ thị ở cửa sổ màn hình.
• Khi tiến hành cài đặt và khi có sự cố bộ khuếch đại này có thể làm việc ở chế độ
bằng tay bằng nút điều chỉnh.


Bộ điều khiển PLC
Tủ điều khiển
Điều tốc kỹ thuật số


Panel điều khiển

PLC

Điều khiển tay
Bộ khuếch đại cuối
Van trượt điều khiển

Đầu vào nhị phân
Cột nước

Đầu ra nhị phân
I

s

Bộ đo tốc độ
Bộ đo tín hiệu ngược

Thiết bị bảo vệ
Servomotor

Cơng suất
Tần số
Điều khiển nhóm


PLC của hãng Beckhoff



Q trình điều chỉnh Tần số và Cơng suất của
Hệ thống Điều tốc
1. Sơ lược về quá trình điều chỉnh tần số
- Tần số và điện áp là hai chỉ tiêu quan trọng nhất của chất lượng điện
năng;
- Khác với điện áp, tần số tại mọi điểm trong hệ thống đều như nhau và
việc điều chỉnh tần số chỉ có thể thực hiện tại các nhà máy điện;
- Một đặc trưng nổi bật và đặt biệt của tuabin là độ ổn định tốc độ. Nó
được định nghĩa là phần trăm thay đổi tần số cho phần trăm thay đổi
công suất đầu ra của tuabin;

Đặt tính tĩnh của Tuabin

Đặt tính tĩnh phân phối tải của 2 tổ máy được kết nối lưới


- Speed Droop được định nghĩa như sau:

- Ví dụ tổ máy với giá trị đặt bp=5% nó sẽ phản ứng lại với 40% tăng công
suất cho việc thay đổi tần số từ 50 xuống 49 Hz.
- Khi Bp = 0, ta có đặt tính định vị tần số. Ln giữ được tần số cố định ứng
với mọi mức công suất phát, nên chỉ dùng cho các tổ máy làm việc trên lưới
độc lập.


a.

Điều chỉnh sơ cấp:
Điều chỉnh sơ cấp là quá trình tăng lượng nước vào turbine khi tần
số giảm. Kết thúc quá trình điều chỉnh sơ cấp, tần số máy phát vẫn

nhỏ hơn tần số quy định, do lượng công suất phát lên khơng bù hồn
tồn được độ gia tăng cơng suất phụ tải.

b.

•
•

Điều chỉnh thứ cấp:
Q trình điều chỉnh thứ cấp đó là q trình đặt lại cơng suất của tổ
máy.

Như vậy, bằng việc điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp, công suất
phát của tổ máy tăng lên để đáp ứng phụ tải và vẫn giữ được
tần số ban đầu.
Điều chỉnh sơ cấp được thực hiện ở tất cả các nhà máy điện,
cịn điều khiển thứ cấp chỉ có ở một số nhà máy. Điều khiển thứ
cấp có thể thực hiện bằng tay hay tự động.


c. Quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải


2. Qui luật điều chỉnh tần số
a. Đáp ứng của bộ điều chỉnh PID trong quá trình khởi động


b. Điều chỉnh tần số chỉ thực hiện khi tổ máy chạy ở chế độ

không tải và khi làm việc ở chế độ tần số. Trong q trình điều

chỉnh cơng suất bộ PID được cắt đi


3. Qui luật điều chỉnh tần số


Các bước Thí nghiệm khi đưa Hệ thống Điều tốc vào
làm việc
1.

Điều kiện cần thiết để thí nghiệm Hệ thống Điều tốc là Hệ thống
đầu áp lực đã hoàn tất và cho phép đưa vào hoạt động
Thử nghiệm Tổ máy ở chế độ buồng xoắn khô:
- Kiểm tra hệ thống nguồn cấp điện;
- Kiểm tra các cơ cấu điều khiển Thuỷ lực;
- Chỉnh định và thử nghiệm hệ thống giám sát điện thủy lực;
- Chỉnh định và kiểm tra các ngưỡng tác động của Tín hiệu tốc độ và độ
mở;
- Thực hiện mô phỏng các chế độ làm việc của Tổ máy.

Đây là cơng việc thí nghiệm quan trọng vì nó quyết định cho
việc đưa Hệ thống điều tốc vào làm việc.
2. Thử nghiệm Tổ máy khi buồng xoắn khô có nước:
- Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc khi khởi động bằng tay ở chế độ
không tải:
+ Kiểm tra và hiệu chỉnh các lại các logic trong phần mềm;
+ Kiểm tra và hiệu chỉnh sự làm việc của bộ giới hạn độ mở;


- Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc khi khởi động tự động ở chế độ

không tải:
+ Kiểm tra các thơng số trong chương trình;
+Kiểm tra sự phản ứng của mạch vòng điều chỉnh PID.
+ Kiểm tra và hiệu chỉnh sự làm việc của bộ giới hạn độ mở;
- Thử nghiệm làm việc khi nối lưới:
+Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc ở chế độ «Power» ;
+Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc ở chế độ «Group»;
+Kiểm tra hoạt động của bộ điều chỉnh ở chế độ «S.C.»;
- Kiểm tra hoạt động của bộ điều tốc ở chế độ sa thải phụ tải

Đây là bước thí nghiệm cuối cùng để quyết định đưa hệ thống điều tốc
vào làm việc lần đầu tiên hay sau khi đai tu.