Bảo vệ chống mất kích từ

Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư hỏng trong mạch kích thích (do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, thao tác sai của nhân viên vận hành... Khi máy phát bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ ở stator và rotor. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên cuộn rotor nguy hiểm cho cách điện cuộn dây.

Ở chế độ vận hành bình thường, máy phát điện đồng bộ làm việc với sức điện động E cao hơn điện áp đầu cực máy phát UF (chế độ quá kích thích, đưa công suất phản kháng Q vào hệ thống, Q > 0). Khi máy phát làm việc ở chế độ thiếu kích thích hoặc mất kích thích, sức điện động E thấp hơn điện áp UF, máy phát nhận công suất phản kháng từ hệ thống (Q < 0) (hình 1.33a,c). Như vậy khi mất kích từ, tổng trở đo được đầu cực máy phát sẽ thay đổi từ Zpt (tổng trở phụ tải nhìn từ phía máy phát) nằm ở góc phần tư thứ nhất trên mặt phẳng tổng trở phức sang ZF (tổng trở của máy phát nhìn từ đầu cực của nó trong chế độ Q < 0) nằm ở góc phần tư thứ tư trên mặt phẳng tổng trở phức (hình 1.33b).

 Mất kích từ MFĐ a) thay đổi hướng công suất Q. b) thay đổi tổng trở đo được ở cực máy phát. c) giới hạn thay đổi của công suất máy phát. (Hình 1.33)

Khi xảy ra mất kích từ, điện kháng của máy phát sẽ thay đổi từ trị số Xd (điện kháng đồng bộ) đến trị số X’d (điện kháng quá độ) và có tính chất dung kháng. Vì vậy để phát hiện mất kích từ ở máy phát điện, chúng ta có thể sử dụng một rơle điện kháng cực tiểu có X’d < Xkđ < Xd với đặc tính vòng tròn có tâm nằm trên trục -jX của mặt phẳng tổng trở phưõc. Đặc tính khởi động của rơle điện kháng cực tiểu hình 1.33b có thể nhận được từ sơ đồ nguyên lý hình 1.34a. Tín hiệu đầu vào của rơle là điện áp dây Ubc lấy ở đầu cực máy phát và dòng điện pha Ib, Ic lấy ở các pha tương ứng. Điện áp sơ cấp UBC được đưa qua biến áp trung gian BUG sao cho điện thứ cấp có thể lấy ra các đại lượng a.UBC và b.UBC (với b > a) tương ứng với các điểm A và B trên đặc tính điện kháng khởi động ở hình 1.33b.

Khi mất kích từ, dòng điện chạy vào máy phát mang tính chất dung và vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 900. Hiệu dòng điện các pha B và C thông qua biến dòng cảm kháng BIG tạo nên điện áp phía thứ cấp UD vượt trước dòng điện IBC một góc 900. Như vậy góc lệch pha giữa hai véctơ điện áp UD và UBC là 1800 (hình 1.34).

Điện áp đưa vào các bộ biến đổi dạng sóng (hình sin sang hình chữ nhật) S1 và S2 tương ứng bằng:

${\stackrel{\text{.}}{U}}_1=a\text{.}{\stackrel{\text{.}}{U}}_{\text{BC}}-{\stackrel{\text{.}}{U}}_D$ size 12{ {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1} } =a "." {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "BC"} } - {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{D} } } {} (1-65)

${\stackrel{\text{.}}{U}}_2=b\text{.}{\stackrel{\text{.}}{U}}_{\text{BC}}-{\stackrel{\text{.}}{U}}_D$ size 12{ {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2} } =b "." {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "BC"} } - {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{D} } } {} (1-66)

Góc lệch pha α giữa ${\stackrel{\text{.}}{U}}_1$ size 12{ {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{1} } } {} và ${\stackrel{\text{.}}{U}}_2$ size 12{ {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{2} } } {} sẽ được kiểm tra. Ở chế độ bình thường α = 00, rơle không làm việc. Khi bị mất kích từ $\alpha$ size 12{α} {} = 1800, rơle sẽ tác động. Góc khởi động được chọn khoảng 900. Các hệ số a, b được chọn (bằng cách thay đổi đầu phân áp của BUG) sao cho các điểm A và B trên hình 1.34b thoả mãn điều kiện:

$b\text{.}{\stackrel{\text{.}}{U}}_{\text{BC}}>{\stackrel{\text{.}}{U}}_D>a\text{.}{\stackrel{\text{.}}{U}}_{\text{BC}}$ size 12{b "." {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "BC"} } > {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{D} } >a "." {U} cSup { size 8{ "." } } rSub { size 8{ ital "BC"} } } {} (1-67)

 Sơ đồ bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện dùng rơle điện kháng cực tiểu a) sơ đồ nguyên lý; b) đồ thị véctơ; c) dạng sóng của các đại lượng (Hình 1.34)

Sơ đồ bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện dùng rơle điện kháng cực tiểu a) sơ đồ nguyên lý; b) đồ thị véctơ; c) dạng sóng của các đại lượng (Hình 1.34)

Khi mất kích thích, góc pha dòng điện thay đổi, góc lệch pha α được kiểm tra thông qua độ dài của tín hiệu S3 = - S1.S2. Nếu $\alpha$ size 12{α} {} > ${\alpha }_{\text{kđ}}$ (hình 1.34c) bảo vệ sẽ tác động đi cắt máy phát trong khoảng thời gian từ (1 ÷ 2) sec.