Hiện tượng cộng hưởng sắt từ đầu cực máy phát và nguy cơ hư hỏng các VT đầu cực

Nghiên cứu này diễn giải cho hiện tượng hư hỏng bất thường các máy biến điện áp ở đầu cực máy phát điện gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng sắt từ. Những điều kiện cần thiết để hiện tượng có thể xẩy ra tại đầu cực máy phát. Từ đó đưa ra giải pháp phòng ngừa bằng cách sử dụng các điện trở hãm tương ứng với cấu tạo của máy biến điện áp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiện tượng cộng hưởng sắt từ đầu cực máy phát và nguy cơ hư hỏng các VT đầu cực CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SẮT TỪ ĐẦU CỰC MÁY PHÁT VÀ NGUY CƠ HƯ HỎNG CÁC VT ĐẦU CỰC Lưu Việt Hưng Công Ty Nhiệt Điện Nghi Sơn, 0973473873, luuhunghit@gmail.com Tóm tắt: Nghiên cứu này diễn giải cho hiện tượng hư hỏng bất thường các máy biến điện áp ở đầu cực máy phát điện gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng sắt từ. Những điều kiện cần thiết để hiện tượng có thể xẩy ra tại đầu cực máy phát. Từ đó đưa ra giải pháp phòng ngừa bằng cách sử dụng các điện trở hãm tương ứng với cấu tạo của máy biến điện áp. Keywords: Cộng hưởng sắt từ, phi tuyến. CHỮ VIẾT TẮT CT: Current transformer VT: Voltage transformer SĐĐ: Suất điện động AVR: Automatic Voltage Regulation AQR: Automatic Q (reactive power) Regulation 1. GIỚI THIỆU Trong quá trình bảo dưỡng sửa chữa tại Công ty Nhiệt điện Nghi Sơn, chúng tôi phát hiện ra hiện tượng 1 số VT đầu cực máy phát bị hư hỏng bất thường trong 1 số trường hợp đặc thù của phương thức vận hành hệ thống. Bài báo này sẽ đi sâu vào nghiên cứu và chỉ ra nguyên nhân sâu xa của hiện tượng cũng như đưa ra giải pháp để phòng tránh hiện tượng bị lặp lại trong tương lai tại nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn cũng như có thể áp dụng ở các hệ thống khác có cấu trúc tương tự. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở lý thuyết 2.1.1. Cộng hưởng sắt từ Hiện tượng cộng hưởng sắt từ xảy ra trong mạch điện có thành phần điện dung và điện cảm không tuyến tính, trong 1 số thời điểm nào đó, sự thay đổi của cấu trúc L-C và 1 số điều kiện khác gây ra hiện tượng cộng hưởng phi tuyến làm giá trị dòng và áp đổ qua thành phần điện cảm tăng cao. Hiện tượng này gây nên sự hư hỏng cách điện và gây phát nóng ở thành phần điện cảm có thể gây hậu quả lan tràn đến các sự cố không mong muốn khác. 217 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Hình 1. phân tích dòng và áp trong thí nghiệm khi có cộng hưởng sắt từ Ta có thể thấy khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ, dòng và áp qua thành phần điện cảm tăng lên gấp nhiều lần so với trạng thái bình thường của nó. Xét 1 mạng điện cơ bản gồm 1 nguồn SĐĐ E và các thành phần R-L-C như hình dưới: Hình 2: Mô hình mạch điện các thành phần R-L-C Tùy theo giá trị hiệu dụng của nguồn E mà ta có giá trị điện áp VL như hình dưới: 218 CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Hình 3. Mô hình điện áp VL Ta có thể thấy tương ứng với các giá trị: + khi E= E1, khi đó VL chỉ có thể có 1 trạng thái điện áp M 1n tương ứng ở chế độ ổn định “ stable state” + khi E=E2, khi đó VL có thể có 3 trạng thái điện áp: M 2n M 2i M 2 f , trong đó M 2n tương ứng ở chế độ ổn định “ stable state”, M 2 f ở tình trạng cộng hưởng sắt từ, M 2i tương ứng ở chế độ không ổn định: “ unstable state” + khi E=E’2, khi đó VL sẽ đột ngột nhảy từ trạng thái ổn định M 2 sang trạng thái cộng hưởng sắt từ M '2 điểm M 2 khi đó được gọi là điểm giới hạn. + khi E= E3, khi đó VL chỉ có thể có 1 trạng thái điện áp M 3 f ở tình trạng cộng hưởng sắt từ. Như vậy điều kiện nào sẽ quyết định trạng thái điện áp của VL : Xét đường đặc tính Vc- Ø như hình dưới: Hình 4. Mô hình đặc tính Vc- Ø 219 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Trạng thái điện áp của VL sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào các điều kiện ban đầu: điện áp đầu cực của điện dung và từ thông lõi thép điện cảm. Đường đặc tính C là đường biên giới hạn của 2 trạng thái. Khi các điều kiện ban đầu ở phía dưới đường đặc tính này, VL sẽ ở trạng thái ổn định stable state, khi các điều kiện ban đầu ở phía trên, VL sẽ rơi vào tình trạng cộng hưởng sắt từ. Như vậy ta có thể thấy với giá trị điện cảm không đổi, hiện tượng cộng hưởng sắt từ có thể xảy ra khi ta thay đổi giá trị điện áp đặt vào mạch điện hoặc thay đổi giá trị điện dung C trong mạch điện 2.1.2. Tác hại của hiện tượng cộng hưởng sắt từ Hiện tượng cộng hưởng sắt từ có thể gây nên rất nhiều những tác hại không mong muốn cho hệ thống điện, bao gồm: + Gây quá điện áp duy trì ở các giá trị điện áp Pha- đất, pha- pha + Gây nên quá dòng điện duy trì + Gây biến dạng đặc tính sóng sin của dòng điện và điện áp + Gây nên tình trạng lệch điểm trung tính ở các hệ thống trung tính cách điện + Gây tiếng ồn lớn và duy trì ở các máy biến áp + Phá hủy các máy biến điện áp do hiệu ứng nhiệt hoặc bị hư hỏng cách điện. + Gây nên hiện tượng các bảo vệ tác động không mong muốn 2.1.3. Các điều kiện có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng sắt từ Như đã phân tích ở trên, hiện tượng cộng hưởng sắt từ cần những điều kiện cần thiết mới có thể xảy ra được, qua việc phân tích dữ liệu và tình trạng của các hệ thống đã từng xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ, có thể rút ra được những điều kiện cần có để có thể xảy ra được hiện tượng này.( Không phải là điều kiện đủ) Đó là các điều kiện: + Có sự xuất hiện đồng thời của điện dung và điện cảm phi tuyến trong mạch điện + Trong mạch điện có tình trạng điện áp bị thay đổi trong 1 dải đủ rộng. + Trong mạch điện có hệ thống thành phần tải thấp: như VT hay đường dây không tải.. Nếu hội tụ đủ 3 yếu tố trên, hiện tượng cộng hưởng sắt từ hoàn toàn có thể xảy ra. 220 CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 2.1.4, Hiện tượng cộng hưởng sắt từ đã xảy ra tại nhiệt điện Nghi Sơn và biện pháp khắc phục 2.1.4.1. Hiện tượng Nhà máy nhiệt điện Nghi sơn đã 2 lần xảy ra hiện tượng hư hỏng cuộn dây cao áp VT 21kV đầu cực máy trong thời kì chạy thử nghiệm các tổ máy ...