Bảo vệ máy phát điện
Một máy phát điện chịu các ứng suất điện áp tác động lên lớp cách điện của máy, lực cơ học tác động lên các bộ phận khác nhau của máy, và sự tăng nhiệt độ. Đây là những yếu tố chính khiến việc bảo vệ máy phát điện hoặc máy phát điện xoay chiều trở nên cần thiết. Ngay cả khi được sử dụng đúng cách, một máy trong tình trạng hoạt động hoàn hảo không chỉ duy trì hiệu suất định mức trong nhiều năm, mà còn có thể chịu đựng được một số lần quá tải.
Các biện pháp phòng ngừa phải được thực hiện chống lại quá tải và các điều kiện bất thường của máy để nó có thể hoạt động an toàn. Ngay cả khi đảm bảo thiết kế, xây dựng, vận hành và các biện pháp bảo vệ hiệu quả – rủi ro của lỗi không thể hoàn toàn bị loại bỏ khỏi bất kỳ máy nào. Các thiết bị được sử dụng trong bảo vệ máy phát điện, đảm bảo rằng khi có lỗi xảy ra, nó sẽ được loại bỏ nhanh nhất có thể.
Một máy phát điện có thể bị ảnh hưởng bởi lỗi nội bộ, lỗi bên ngoài hoặc cả hai. Máy phát điện thường được kết nối với hệ thống điện, do đó bất kỳ lỗi nào xảy ra trong hệ thống điện cũng phải được loại bỏ từ máy phát điện càng sớm càng tốt, nếu không nó có thể gây hư hại vĩnh viễn cho máy phát điện.
Số lượng và loại lỗi xảy ra trong máy phát điện là rất lớn. Đó là lý do tại sao máy phát điện hoặc máy phát điện xoay chiều được bảo vệ bằng nhiều phương án bảo vệ. Bảo vệ máy phát điện bao gồm cả loại phân biệt và không phân biệt. Cần phải cẩn thận trong việc phối hợp các hệ thống được sử dụng và các cài đặt được áp dụng để đảm bảo rằng một hệ thống bảo vệ máy phát điện nhạy bén, chọn lọc và phân biệt được đạt được.
Các Loại Bảo Vệ Máy Phát Điện
Các hình thức bảo vệ được áp dụng cho máy phát điện có thể được chia thành hai cách,
Rơle bảo vệ để phát hiện lỗi xảy ra bên ngoài máy phát điện.
Rơle bảo vệ để phát hiện lỗi xảy ra bên trong máy phát điện.
Ngoài rơle bảo vệ, được liên kết trực tiếp với máy phát điện và biến thế liên quan, còn có cầu chì chống sét, các thiết bị bảo vệ tốc độ quá cao, thiết bị đo lưu lượng dầu và thiết bị đo nhiệt độ cho ổ đỡ trục, cuộn dây stator, cuộn dây biến thế và dầu biến thế, v.v. Một số thiết bị bảo vệ này thuộc loại không ngắt mạch, tức là chúng chỉ tạo ra cảnh báo trong trường hợp bất thường.
Nhưng các phương án bảo vệ khác cuối cùng đều kích hoạt rơle ngắt mạch chính của máy phát điện. Cần lưu ý rằng không có rơle bảo vệ nào có thể ngăn chặn lỗi, nó chỉ chỉ ra và giảm thiểu thời gian lỗi để ngăn chặn sự tăng nhiệt độ cao trong máy phát điện, nếu không có thể gây hư hại vĩnh viễn.
Điều mong muốn là tránh mọi căng thẳng không đáng có trong máy phát điện, và vì vậy thông thường là lắp đặt tụ điện xung hoặc bộ chuyển hướng xung hoặc cả hai để giảm tác động của sét và các xung điện áp khác lên máy. Các phương án bảo vệ thường được áp dụng cho máy phát điện được thảo luận dưới đây một cách ngắn gọn.
Bảo Vệ Chống Sự Hư Hỏng Cách Điện
Bảo vệ chính được cung cấp cho cuộn dây stator chống lại lỗi pha đến pha hoặc pha đến đất, là bảo vệ differential dọc của máy phát điện. Phương án bảo vệ thứ hai quan trọng nhất cho cuộn dây stator là bảo vệ lỗi giữa vòng.
Loại bảo vệ này trước đây được coi là không cần thiết vì sự hỏng hóc cách điện giữa các điểm trong cùng một cuộn dây pha, chứa trong cùng một khe, và giữa đó có chênh lệch điện áp, rất nhanh chóng chuyển thành lỗi đất, và sau đó được phát hiện bởi bảo vệ differential stator hoặc bảo vệ lỗi đất stator.
Một máy phát điện được thiết kế để tạo ra điện áp tương đối cao so với công suất đầu ra của nó và do đó chứa một số lượng lớn dây dẫn mỗi khe. Với kích thước và điện áp của máy phát điện ngày càng tăng, hình thức bảo vệ này đang trở nên cần thiết cho tất cả các đơn vị phát điện lớn.
Bảo Vệ Lỗi Đất Stator
Khi trung tính stator được nối đất qua một điện trở, một biến dòng được gắn vào kết nối trung tính tới đất. Rơle thời gian nghịch đảo được sử dụng trên mạch thứ cấp của CT khi máy phát điện được kết nối trực tiếp với thanh cái. Trong trường hợp máy phát điện cung cấp điện qua biến thế delta sao, một rơle tức thì được sử dụng cho mục đích tương tự.
Trong trường hợp đầu tiên, rơle lỗi đất cần được phân cấp với các rơle lỗi khác trong hệ thống. Đó là lý do tại sao rơle thời gian nghịch đảo được sử dụng trong trường hợp này. Nhưng trong trường hợp thứ hai, vòng lỗi đất bị giới hạn trong cuộn dây stator và cuộn dây sơ cấp của biến thế, do đó không cần phân cấp hoặc phân biệt với các rơle lỗi đất khác trong hệ thống. Đó là lý do tại sao Rơle Tức Thì được ưu tiên trong trường hợp này.
Bảo Vệ Lỗi Đất Rotor
Một lỗi đất đơn lẻ không gây ra vấn đề lớn cho máy phát điện nhưng nếu lỗi đất thứ hai xảy ra, một phần của cuộn dây từ sẽ bị ngắn mạch và dẫn đến trường từ không cân bằng trong hệ thống và do đó có thể gây hư hại cơ khí nghiêm trọng cho ổ đỡ của máy phát điện. Có ba phương pháp để phát hiện các loại lỗi trong rotor. Các phương pháp đó là
Phương pháp potentiometer
Phương pháp tiêm AC
Phương pháp tiêm DC
Bảo Vệ Chống Tải Không Cân Bằng Stator
Tải không cân bằng tạo ra dòng điện thứ tự âm trong mạch stator. Dòng điện thứ tự âm này tạo ra một phản ứng từ trường quay với tốc độ gấp đôi tốc độ đồng bộ so với rotor và do đó tạo ra dòng điện tần số kép trong rotor. Dòng điện này khá lớn và gây ra hiện tượng nóng chảy trong mạch rotor, đặc biệt là trong máy phát điện xoay chiều.
Nếu bất kỳ sự mất cân bằng nào xảy ra do lỗi trong cuộn dây stator, nó sẽ được loại bỏ ngay lập tức bởi bảo vệ differential được cung cấp trong máy phát điện. Nếu sự mất cân bằng xảy ra do lỗi bên ngoài hoặc tải không cân bằng trong hệ thống, nó có thể không được phát hiện hoặc kéo dài trong một khoảng thời gian đáng kể tùy thuộc vào sự phối hợp bảo vệ của hệ thống. Những lỗi này sau đó được loại bỏ bằng cách lắp đặt rơle thứ tự pha âm với đặc tính phù hợp với đường cong chịu đựng của máy.
Bảo Vệ Chống Quá Nhiệt Stator
Quá tải có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt trong cuộn dây stator của máy phát điện. Không chỉ quá tải, sự hỏng hóc của hệ thống làm mát và hỏng hóc cách điện của lõi thép stator cũng gây ra hiện tượng quá nhiệt của cuộn dây stator.
Hiện tượng quá nhiệt được phát hiện bằng các cảm biến nhiệt độ được nhúng tại các điểm khác nhau trong cuộn dây stator. Các cuộn dây cảm biến nhiệt độ thường là các điện trở tạo thành một cánh của cầu Wheatstone. Trong trường hợp máy phát điện nhỏ hơn 30 MW, máy phát điện thường không được trang bị cuộn dây cảm biến nhiệt độ nhúng nhưng thường được trang bị rơle nhiệt và được sắp xếp để đo dòng điện chạy qua cuộn dây stator.
Cấu trúc này chỉ phát hiện hiện tượng quá nhiệt do quá tải và không cung cấp bất kỳ bảo vệ nào chống lại hiện tượng quá nhiệt do hỏng hóc hệ thống làm mát hoặc ngắn mạch lõi thép stator. Mặc dù rơle dòng điện quá tải, rơle thứ tự pha âm, và các thiết bị theo dõi dòng chảy liên tục cũng được sử dụng để cung cấp một mức độ bảo vệ quá tải nhiệt.
Bảo Vệ Chống Áp Suất Thấp
Bảo vệ này, thường ở dạng điều khiển so sánh áp suất chân không với áp suất khí quyển, thường được lắp đặt trên bộ phát điện có công suất trên 30 MW. Thực tế hiện đại là điều khiển này sẽ giảm tải bộ phát điện thông qua bộ điều chỉnh phụ cho đến khi điều kiện chân không bình thường được khôi phục. Nếu điều kiện chân không không cải thiện dưới 21 inch, van dừng sẽ được đóng và át tô mát chính sẽ được cắt.
Bảo Vệ Chống Sự Hư Hỏng Dầu Bôi Trơn
Bảo vệ này không được coi là cần thiết vì dầu bôi trơn thường được lấy từ cùng một bơm với dầu điều khiển và sự hỏng hóc của dầu điều khiển sẽ tự động làm đóng van dừng.
Bảo Vệ Chống Sự Mất Nguồn Nóng Nồi Hơi
Có hai phương pháp để phát hiện sự mất nguồn nóng nồi hơi. Trong phương pháp thứ nhất, các tiếp điểm thường mở (NO) được cung cấp cho các động cơ quạt có thể cắt máy phát điện nếu có hơn hai động cơ bị hỏng. Phương pháp thứ hai sử dụng các tiếp điểm áp suất nồi hơi sẽ giảm tải máy phát điện nếu áp suất nồi hơi giảm xuống dưới khoảng 90%.
Bảo Vệ Chống Sự Hư Hỏng Động Cơ Chính
Nếu động cơ chính không cung cấp năng lượng cơ học cho máy phát điện, máy phát điện sẽ tiếp tục quay ở chế độ mô tơ, nghĩa là nó nhận điện năng từ hệ thống thay vì cung cấp điện năng cho hệ thống.
Trong tuabin hơi nước, hơi nước hoạt động như một chất làm mát, duy trì nhiệt độ của cánh tuabin ở mức ổn định. Sự hỏng hóc nguồn cung cấp sẽ dẫn đến hiện tượng quá nhiệt do ma sát, với hậu quả là biến dạng cánh tuabin.
Sự hỏng hóc nguồn cung cấp hơi nước có thể gây hư hại cơ khí nghiêm trọng ngoài việc áp đặt một tải mô tơ nặng lên máy phát điện. Rơle ngược dòng được sử dụng cho mục đích này. Ngay khi máy phát điện bắt đầu quay ở chế độ mô tơ, rơle ngược dòng sẽ cắt bộ phát điện.
Bảo Vệ Chống Quá Tốc Độ
